【正文】 鐵銹分布于夏比缺口根部和末端剪切唇處。表33 9Ni鋼焊條電弧焊彎曲測(cè)試結(jié)果試樣編號(hào)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(píng)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(cè)試，不同焊接位置的接頭硬度分布測(cè)試結(jié)果如圖310所示，對(duì)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(duì)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(shuō)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(duì)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(lái)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(guò)500。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(shì)，仍有可能生成少量的碳化物析出相。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(guò)對(duì)比分析，對(duì)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(guò)程中合金元素的燒損和焊接熔池結(jié)晶過(guò)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(cè)試研究結(jié)果也證明該焊條選擇結(jié)果合理可行。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(duì)試樣表面成分進(jìn)行分析。原始母材的微觀組織如圖21所示。 9Ni鋼焊接檢測(cè)研究現(xiàn)狀LNG儲(chǔ)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(cè)，同時(shí)焊縫在施工時(shí)還要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)中不僅要檢查出焊縫表面的各種可見(jiàn)缺陷，同時(shí)重點(diǎn)要檢測(cè)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。 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(guò)熱和晶粒長(zhǎng)大。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)。從圖12可見(jiàn)，回火組織保持了馬氏體的板條結(jié)構(gòu)，板條間有奧氏體。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。LNG工業(yè)將是未來(lái)天然氣工業(yè)重要組成部分，LNG在我國(guó)的應(yīng)用必將開(kāi)始一個(gè)新的階段[2,3]。通過(guò)對(duì)比分析三種焊接方法可知：大型LNG儲(chǔ)罐的現(xiàn)場(chǎng)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。LNG工業(yè)鏈?zhǔn)欠浅｝嫶蟮模饕ㄌ烊粴庖夯?、?chǔ)存、運(yùn)輸、接收終端、氣化站等。淬火+回火(QT)和淬火+亞溫淬火+回火(IHT)。目前國(guó)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(wèn)題而相應(yīng)展開(kāi)的。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。(4)盡量選用交流極性的電流。大型LNG低溫儲(chǔ)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(wèn)題外，更重要的問(wèn)題就是解決薄板焊接結(jié)構(gòu)焊后產(chǎn)生波浪變形的問(wèn)題，因此理論上說(shuō)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。以及林肯DC 1000埋弧焊接電源和power feed 10sf自動(dòng)送絲機(jī)進(jìn)行對(duì)比焊接試驗(yàn)。 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(duì)焊條進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)選工作。a) 整體形貌 b)熱影響區(qū) c)局部放大圖32 9Ni鋼焊條電弧焊平焊接頭典型界面結(jié)構(gòu) 為了確定界面反應(yīng)相的具體成分，采用掃描電鏡配合能譜分析對(duì)界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，熔合線附近微觀區(qū)域如圖33所示，由于腐蝕重故第二相質(zhì)點(diǎn)不明顯而析出相很明顯，熔合線附近由焊縫奧氏體組織和熱影響區(qū)馬氏體組織構(gòu)成，在焊縫一側(cè)可以清晰看到混合層和柱狀晶。 a)73A b)90A圖37焊接電流對(duì)界面結(jié)構(gòu)的影響焊接速度對(duì)9Ni鋼焊接接頭微觀組織的影響本質(zhì)上也是由于對(duì)焊接熱輸入具有不同的影響，采用不同焊接速度的焊接接頭組織如圖38所示，當(dāng)采用較低的焊接速度時(shí)，此時(shí)接頭的熱輸入較大，同時(shí)較慢的焊接速度也相當(dāng)于焊后冷速的降低，這些都導(dǎo)致了焊后馬氏體組織長(zhǎng)大不明顯。微觀斷口中顯示的第二相粒子使得金屬塑性流變不連續(xù)，位錯(cuò)發(fā)生塞積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，進(jìn)而形成顯微空洞。(3) 平焊、橫焊和立焊三種焊接方式得到接頭抗拉強(qiáng)度基本相當(dāng)，最高強(qiáng)度為739MPa；平焊接頭的彎曲性能最好，橫焊和立焊接頭熱影響區(qū)和焊縫硬度和脆性較大；三種焊接方式低溫沖擊性能相當(dāng)，斷口主要呈現(xiàn)出韌性斷裂特性。韌窩周圍為封閉的撕裂被包圍的大小不等的凹坑，凹坑的底部能看到夾雜物或第二相粒子。對(duì)于焊條電弧焊而言，在焊條種類和多道焊焊接次序都已選定的情況下，對(duì)界面結(jié)構(gòu)影響最主要的工藝參數(shù)就是焊接電流和焊接速度。焊縫一側(cè)靠近熔合線偏析現(xiàn)象幾乎沒(méi)有，基本為奧氏體柱狀晶均勻生長(zhǎng)，當(dāng)遠(yuǎn)離熔合線后，偏析現(xiàn)象顯著，在柱狀晶間隙有大量偏析相，越往焊縫內(nèi)部越顯著。第3章 9Ni鋼的SMAW焊接接頭組織與工藝研 引言焊條電弧焊由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，成為9Ni鋼儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)焊接最常用的方法之一，本章通過(guò)優(yōu)選合適的焊條實(shí)現(xiàn)了9Ni鋼的焊接，同時(shí)系統(tǒng)的研究了接頭典型界面結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對(duì)接頭組織的影響，進(jìn)一步對(duì)接頭力學(xué)性能進(jìn)行了相應(yīng)測(cè)試。但在焊接質(zhì)量的控制比較復(fù)雜，且有些方面難以控制，如焊接磁偏吹、焊接線能量等。對(duì)于本文中所研究的低溫鋼焊接，由于其控制熱輸入等工藝參數(shù)的需要，焊條電弧焊和氬弧焊工藝應(yīng)用較廣。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使小線能量(15 kJ/cm)單道熱循環(huán)的CGHAZ(粗晶熱影響區(qū))的低溫(196℃)沖擊功也非常低，經(jīng)過(guò)800℃或900℃二次熱循環(huán)后，低溫沖擊功明顯提高；三次熱循環(huán)能進(jìn)一步改善其低溫韌性。目前主要以焊條電弧焊為主，其次是埋弧焊與鎢極氬弧焊。電弧磁偏吹主要是由于9Ni鋼具有高的導(dǎo)磁率和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，焊接過(guò)程中在碳弧氣刨等大電流的作用下容易產(chǎn)生較大的剩磁，此時(shí)可以采用添加永久磁鐵抵消坡口內(nèi)磁場(chǎng)的方法。9Ni鋼中的逆轉(zhuǎn)變奧氏體在低溫下并非都穩(wěn)定，只有在低溫下穩(wěn)定的逆轉(zhuǎn)變奧氏體對(duì)低溫韌性有貢獻(xiàn)，低溫穩(wěn)定的逆轉(zhuǎn)變奧氏體含量越多，9Ni鋼的低溫韌性越好。LNG(Liquefied natural gas)貿(mào)易是天然氣國(guó)際貿(mào)易的一個(gè)重要方面。通過(guò)研究工藝參數(shù)對(duì)接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響，優(yōu)化了焊接工藝，闡明了接頭不同特征區(qū)域的斷口特性。大型LNG儲(chǔ)罐是LNG接收站的核心設(shè)備，目前，世界上的LNG儲(chǔ)罐以10萬(wàn)m3以上為主，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和形式與以往的大型立式儲(chǔ)油罐不同，因此安裝技術(shù)差別很大。馬氏體間的界面為半共格的規(guī)則界面，由臺(tái)階和位錯(cuò)組成。奧氏體是沿著回火馬氏體片或沿著形成馬氏體的原奧氏體晶粒邊界分布，形態(tài)呈粒狀或條狀。雖然高鎳合金焊材將增加成本，但使用高鎳合金焊材時(shí)接頭低溫韌性高、抗冷裂紋性能好、線膨脹系數(shù)與9Ni鋼接近、不需要進(jìn)行焊前預(yù)熱