【正文】 i鋼焊條電弧焊宏觀形貌9Ni鋼焊條電弧焊平焊焊接接頭典型界面組織如圖32所示，圖中所示區(qū)域焊道采用的焊接電流為73A， cm/min，微觀組織表明在該工藝參數(shù)下實(shí)現(xiàn)了9Ni鋼板的高質(zhì)量焊接，接頭內(nèi)不存在裂紋、氣孔等缺陷，整個(gè)接頭組織可以分為三個(gè)典型區(qū)域，分別為左側(cè)淺色的焊縫，右側(cè)深色的母材和中間淺色的熱影響區(qū)，熱影響區(qū)附近耐蝕性能明顯增加。 焊條優(yōu)選分析焊條選擇是實(shí)現(xiàn)焊條電弧焊的最重要環(huán)節(jié)之一，焊條的種類繁多，每種焊條都具有一定的特性和用途，實(shí)際研究中要基于焊條的成分和用途，綜合考慮被焊母材的性能狀況、施工條件及焊接工藝等，對焊條進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)選工作。采用光學(xué)顯微鏡，觀察試件斷裂形式和位置。以及林肯DC 1000埋弧焊接電源和power feed 10sf自動送絲機(jī)進(jìn)行對比焊接試驗(yàn)。圖21 9Ni鋼焊接母材微觀組織9Ni鋼焊接母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表21和表22所示，~.%的Ni，從而保證了該材料具有良好的低溫使用性能，這也是這種低溫鋼命名的重要依據(jù)。大型LNG低溫儲罐罐底有三層鋼板、二層保冷層，這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的底板焊接除了要考慮所采用的低溫鋼焊接要克服熱裂紋、磁偏吹、冷裂紋等缺陷的產(chǎn)生，避免低溫韌性下降等問題外，更重要的問題就是解決薄板焊接結(jié)構(gòu)焊后產(chǎn)生波浪變形的問題，因此理論上說要采用熱輸入量小的焊接方法，如小電流焊條電弧焊和鎢極氬弧焊。9Ni鋼焊接儲罐常用的檢測方法主要包括射線檢測和超聲檢測兩部分，其中射線檢測屬于比較傳統(tǒng)的檢測方法，射線檢測技術(shù)比較成熟，但是射線檢測對于平面性缺陷的識別較為困難，同時(shí)由于9Ni鋼焊縫和母材金屬吸收X射線特性不一致，可能導(dǎo)致識別錯(cuò)誤，為此現(xiàn)在研究的重點(diǎn)集中在超聲檢測方面。(4)盡量選用交流極性的電流。為達(dá)到此目的，從焊接工藝[37,38]考慮，必須采取如下措施：(1)焊前不預(yù)熱且須嚴(yán)格控制層間溫度。鎢極氬弧焊能保證焊接接頭具有較高的質(zhì)量，生產(chǎn)率低，成本較高。這4中焊接材料在工程上都有應(yīng)用，從韌塑性和熱膨脹兩方面考慮，Ni基和FeNi基合金都是焊接9Ni鋼最適合的焊材。目前國內(nèi)外在9Ni鋼的焊接領(lǐng)域已經(jīng)積累了一定的研究經(jīng)驗(yàn)，關(guān)于9Ni鋼的焊接材料、焊接方法和焊接工藝的研究主要是基于其焊接問題而相應(yīng)展開的?；鼗疬^程中由于碳的損失，基本已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。淬火+回火(QT)和淬火+亞溫淬火+回火(IHT)。的對稱小角度晶界。LNG工業(yè)鏈?zhǔn)欠浅｝嫶蟮模饕ㄌ烊粴庖夯?、儲存、運(yùn)輸、接收終端、氣化站等。LNG工業(yè)鏈?zhǔn)欠浅｝嫶蟮模饕ㄌ烊粴庖夯?、儲存、運(yùn)輸、接收終端、氣化站等[4]。通過對比分析三種焊接方法可知：大型LNG儲罐的現(xiàn)場焊接方法最好采用以上三種方法的組合，其中，底板的平位置焊縫最好采用焊條電弧焊或鎢極氬弧焊方法；壁板的橫位置焊縫最好采用埋弧焊方法；壁板的立位置焊縫最好采用焊條電弧焊或鎢極氬弧焊方法的多層多道焊；而底板與壁板的接縫是平角縫，最好采用埋弧焊方法。通過對比分析三種焊接方法在大型LNG儲罐生產(chǎn)中的適用性，確定底板和壁板不同位置焊縫需要選擇的最佳焊接方法。LNG工業(yè)將是未來天然氣工業(yè)重要組成部分，LNG在我國的應(yīng)用必將開始一個(gè)新的階段[2,3]。LNG工業(yè)將是未來天然氣工業(yè)重要組成部分，LNG在我國的應(yīng)用必將開始一個(gè)新的階段。在不同熱處理?xiàng)l件下的9Ni鋼合金樣品中，兩馬氏體片的[110]176。圖11 9Ni鋼微觀組織照片鋼材的熱處理研究已經(jīng)取得了很多突出的研究成果，目前，9Ni鋼的熱處理方案大概有3種：正火+正火+回火(NNT)。從圖12可見，回火組織保持了馬氏體的板條結(jié)構(gòu)，板條間有奧氏體。冷裂紋缺陷只是在采用低鎳型焊條時(shí)，焊接工藝條件不當(dāng)?shù)臈l件下可能產(chǎn)生，在使用高鎳型和中鎳型焊條焊接9Ni鋼時(shí)一般不產(chǎn)生冷裂紋。9Ni鋼在電弧焊中常用的焊接材料有4種，即w(Ni)=11%的鐵素體型、w(Ni)=13%和w(Cr)=16%的奧氏體不銹鋼型、w(Ni)60%的鎳基型(NiCrMo系合金)和w(Ni)≈40%的FeNi基型(FeNiCr系合金)。焊條電弧焊的焊接效率比較低，熔化極氣體保護(hù)焊為保證質(zhì)量一般采用脈沖電流來進(jìn)行焊接。 9Ni鋼焊接工藝研究現(xiàn)狀用9Ni鋼建造的設(shè)備要在100℃低溫，甚至196℃的超低溫下工作，故其焊接接頭必須有良好的低溫韌性，所以必須避免接頭過熱和晶粒長大。所以，焊接9Ni鋼時(shí)應(yīng)進(jìn)行多層多道焊。 9Ni鋼焊接檢測研究現(xiàn)狀LNG儲罐如有缺陷將造成非常嚴(yán)重的后果，為此9Ni鋼板在出廠前要進(jìn)行檢測，同時(shí)焊縫在施工時(shí)還要在現(xiàn)場進(jìn)行無損檢測，檢測中不僅要檢查出焊縫表面的各種可見缺陷，同時(shí)重點(diǎn)要檢測整個(gè)焊縫及熱影響區(qū)中可能的缺陷，如裂紋和未焊透等缺陷。但隨著交流方波埋弧焊電源和細(xì)焊絲埋弧焊的開發(fā)，使得埋弧焊的熱輸入量在一定范圍內(nèi)變小，因此被在大型LNG內(nèi)罐橫焊縫的焊接中也具有良好的應(yīng)用前景。原始母材的微觀組織如圖21所示。針對低溫鋼的焊接難點(diǎn)為焊接磁偏吹、焊接線能量控制等特點(diǎn)，項(xiàng)目組同時(shí)又選擇了美國Miller公司Summit Arc 1250高效方波交流焊接電源和與之匹配的HDC1500DX焊接控制箱。采用FEI QUANTA200掃描電鏡(Scanning electron microscope,SEM)進(jìn)行顯微組織觀察，并利用設(shè)備所附帶的能譜裝置(Energy dispersive scanning,EDS)對試樣表面成分進(jìn)行分析。接頭力學(xué)性能取決于界面結(jié)構(gòu)，由此建立組織性能對應(yīng)關(guān)系，并分析接頭的斷口特性，最終達(dá)到優(yōu)化接頭性能目的。表31 9Ni鋼焊條電弧焊常用焊接材料的化學(xué)成分（wt.%）焊材CSiMnSPNiCrMoNbFeNi60Cr15Mo≤≤~≤≤6213~17~~Ni55Cr22Mo9≤≤≤≤5520~238~10~Ni36Cr10Mn5Mo3≤≤~≤≤34~3710~12~Cr15Ni70Mn4Mo4Nb≤OK6945≤≤~10~1415~17FreezalNi9 通過對比分析，對于待焊接9Ni鋼母材ASTM A553 type?，當(dāng)采用與9Ni鋼成分相近的焊接材料時(shí)，如焊后若不經(jīng)熱處理，焊接過程中合金元素的燒損和焊接熔池結(jié)晶過程局部鑄造組織而使焊縫的低溫韌性大大降低；而FeNi材料的線膨脹系數(shù)與母材的差別又比較大，因此選擇了含Ni量高、線膨脹系數(shù)與母材接近的Ni基材料進(jìn)行研究試驗(yàn)，綜合考慮后選擇Freezal Ni9焊條進(jìn)行了9Ni鋼母材的焊條電弧焊，選用該焊條進(jìn)行9Ni鋼焊接的試樣如圖31所示，可以發(fā)現(xiàn)該試樣成形質(zhì)量良好，后續(xù)組織分析和性能測試研究結(jié)果也證明該焊條選擇結(jié)果合理可行。偏析相中含有第二相質(zhì)點(diǎn)以及雜質(zhì)元素等。原始焊條中C元素很低，由于Cr具有很強(qiáng)的碳化物生成趨勢，仍有可能生成少量的碳化物析出相。對于9Ni鋼的焊條電弧焊，焊接電流是最主要的工藝參數(shù)之一，對接頭界面結(jié)構(gòu)的影響最為顯著，在焊接速度不變的條件下，采用較小的焊接電流時(shí)熱輸入較小，此時(shí)的熱影響區(qū)尺寸小于大電流時(shí)的熱影響區(qū)，熱影響區(qū)整體的晶粒尺寸也相對大電流時(shí)有所減小，采用不同的焊接電流所獲得9Ni鋼焊條電弧焊接頭焊縫的界面結(jié)構(gòu)如圖37所示，可以看出，隨著焊接電流的提高，接頭的界面組織呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，由于冷卻過程中溫度梯度的作用，采用不同電流時(shí)均形成了明顯的枝晶狀組織，采用小電流時(shí)枝晶尺寸相對較大，這是由于小電流時(shí)熔池整體溫度較低，熔池冷卻過程中的過冷度較小，此時(shí)形核驅(qū)動力不足，在這種缺少形核中心的情況下枝晶尺寸較大，另外位于枝晶間的析出物相明顯減少，這都是由接頭的焊接熱輸入決定的。表33 9Ni鋼焊條電弧焊彎曲測試結(jié)果試樣編號彎芯直徑mm彎曲直徑平焊橫焊立焊140120完好5mm裂紋斷裂240120完好斷裂斷裂340120完好斷裂7mm裂紋440120完好斷裂斷裂 為了準(zhǔn)確評價(jià)接頭的機(jī)械性能，選取焊接接頭典型區(qū)域進(jìn)行了硬度分布測試，不同焊接位置的接頭硬度分布測試結(jié)果如圖310所示，對于平焊接頭，此時(shí)兩側(cè)焊接熱影響區(qū)硬度相比于母材明顯升高，這與熱影響區(qū)內(nèi)大量的馬氏體生成是密切相關(guān)的，焊縫內(nèi)硬度低于熱影響區(qū)，但是硬度仍高于母材；對于橫焊接頭，熱影響區(qū)和焊縫硬度都高于母材，尤其是焊縫硬度數(shù)值普遍在400以上，這說明在焊縫內(nèi)存在大量的脆硬相析出，最終導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度高于熱影響區(qū)；對于立焊接頭，兩側(cè)熱影響區(qū)硬度有差異，這與焊件幾何尺寸較大，由多層多道焊來完成，此時(shí)一側(cè)熱影響區(qū)內(nèi)生成大量的馬氏體組織，導(dǎo)致其硬度最大值超過500。為了確定第二相質(zhì)點(diǎn)的成分，對韌窩區(qū)進(jìn)行放大如圖313（d），可以發(fā)現(xiàn)在韌窩中存在球狀的第二相粒子，通過能譜分析(見表34)，主要為Ni、Fe、Cr的化合物，結(jié)合前面焊縫組織分析，推斷為(Fe,Cr)Ni3。鐵銹分布于夏比缺口根部和末端剪切唇處。