摘要
在世界能源加速向清洁化、低碳化转型下和“十四五”时期碳达峰、碳中和大气污染防治等政策驱动下，液化天然气（LNG）作为清洁能源，其重要性日显重要。自“十三五”以来我国持续大力发展液化天然气项目，并把实施 LNG进口多元化发展战略作为国家能源战略的重要组成部分，9Ni 钢因其高强韧匹配性已被广泛应用于 LNG 储存及运输装备制造。因此，9Ni 钢的焊接技术是如今技术开发的重点亦是难点，研究新型焊接技术和相应工艺规范，形成我国自主LNG核心技术体系，提升我国 LNG储罐焊接技术水平具有重要指导意义。本文将新型的 TIP-TIG(简称 TT)焊接技术用于 9Ni钢 LNG储罐内罐的焊接，利用万能试验机、低温冲击试验机等设备对焊接接头力学性能进行了检测，并对比分析了不同焊接方法下接头的力学性能，利用激光扫描共聚焦显微镜（OM）、场发射型扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射仪（XRD）等设备，从微观组织方面结合冶金学对9Ni钢焊接接头强韧性进行分析，试验结果表明： （1）TT焊接头热影响区和焊缝区低温冲击吸收功比埋弧焊高出17%左右，比手工电弧焊高出约 140%，CTOD试验结果也表明 TT焊缝韧性更优； （2）9Ni 钢焊接时，焊缝中析出的析出物和氧化物夹杂对接头的韧性有明显的影响。TT 焊焊缝中析出的碳化物数量少，呈弥散分布于晶界，阻碍了位错滑移，具有一定沉淀强化和细化晶粒的作用，提高了接头韧性；埋弧焊焊缝中存在氧化夹杂物和长条状富 Mo析出相，该析出相分布于晶间具有一定的析出强化作用，不同于手工电弧焊，埋弧焊焊缝中的球形氧化物主要分布在晶界上，具有抑制晶界生长，细化晶粒作用，所以埋弧焊接头有较高低温韧性；手工电弧焊焊缝析出了大量富 Nb 的 MC 型碳化物并夹杂着大量氧化物，富 Nb 的 MC 型碳化物集中在枝晶区域，削弱 Nb 的固溶强化作用，大量位于晶内的氧化物夹杂严重降低了接头低温韧性； （3）通过计算发现 TT 焊接头热影响区逆转奥氏体体积分数约为 4.0%，手工电弧焊和埋弧焊接头热影响区逆转奥氏体体积分数约为 3.3%，两者逆转奥氏体的体积分数都明显低于母材。逆转奥氏体含量的减少将促使热影响区形成富含高碳的 M-A 组元脆性组织，这种组织易导致应力集中而成为裂纹源，严重破坏了材料的韧性。另外，热影响区晶粒粗化也是材料韧性降低原因之一; （4）混合气体保护 TT焊接头有着比纯氩气保护 TT焊更好的低温韧性，保护气体中H2的加入未改变焊缝析出物成分，焊缝晶粒细化是混合气体保护TT低温韧性好的主要原因。 从研究结果可知，TT 焊焊接接头具有比手工电弧焊和埋弧焊更高的强度和低温韧性，随着 TT 焊接方法相应设备自动化程度的提高，在焊接效率上接近埋弧焊，而优于手工电弧焊。TT 焊用于 9Ni 钢的焊接，在焊接质量上具有显著的优势，可替代手工电弧焊和埋弧焊成为 LNG储罐焊缝焊接新技术。
NETL