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大型LNG储罐用9Ni钢焊接工艺与机理研究

作　者: 郑立娟
导　师: 冯吉才
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 9Ni钢 焊接方法 界面结构 力学性能
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文针对大型液化天然气(LNG)储罐对9Ni钢的焊接需求,系统研究了9Ni钢的焊条电弧焊(SMAW)、钨极氩弧焊(GTAW)和埋弧焊(SAW)的焊接工艺与机理。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析、强度测试和硬度测试等方法,分别研究了9Ni钢焊接接头的界面显微组织和力学性能。通过研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响,优化了焊接工艺,阐明了接头不同特征区域的断口特性。通过对比分析三种焊接方法在大型LNG储罐生产中的适用性,确定底板和壁板不同位置焊缝需要选择的最佳焊接方法。选择Freezal Ni9焊条可以实现9Ni钢的SMAW焊接,接头焊缝区包括柱状晶和晶间碳化物析出物,热影响区主要由马氏体组成。焊接工艺参数的影响本质是由于焊接热输入不同,平焊、横焊和立焊三种焊接方式得到接头抗拉强度基本相当,其中平焊方式可以得到最高强度739MPa,平焊接头的弯曲性能最好,在120°弯曲时没有出现裂纹,横焊和立焊接头热影响区和熔合区硬度和脆性较大,三种焊接方式低温冲击性能相当,断口主要呈现出韧性断裂特性。采用NERTAL625焊丝可以成功实现9Ni钢的GTAW焊接,接头热影响区可分为过热区、完全正火区及不完全正火区三部分,各部分主要组织均为板条状马氏体;焊缝主要由粗大的柱状奥氏体晶粒构成,晶粒间隙有偏析相存在。当焊接位置发生改变时,焊缝微观组织均由γ固溶体+偏析相组成,但平焊及立焊时焊缝偏析相含量比横焊位置时高。性能测试结果表明:热影响区低温韧性高于焊缝处,焊缝屈服强度最高为692MPa,抗拉强度最高为740MPa,焊缝及热影响区处断裂形式均为韧性断裂。采用ENiCrMo6焊条和ERNiCrMo4焊丝成功实现了9Ni钢的SMAW辅助SAW焊接,接头热影响区和熔合区的组织特征与采用GTAW方法时基本类似;焊缝及热影响区-196℃低温冲击冲击功分别可达124.7J及225.3J,接头焊缝处平均屈服强度为690.5MPa,平均抗拉强度为732MPa,所有性能均可以满足标准要求,断口分析结果表明接头焊缝及热影响区断口均为韧性断裂。对比分析上述三种焊接方法得到的研究结果可知:大型LNG储罐的现场焊接方法最好采用以上三种方法的组合,其中,底板的平位置焊缝最好采用SMAW或GTAW方法;壁板的横位置焊缝最好采用SAW方法;壁板的立位置焊缝最好采用SMAW或GTAW方法的多层多道焊;而底板与壁板的接缝是平角缝,最好采用SAW方法。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景  9
  1.2 9Ni 钢材料性能研究现状  9-11
  1.3 9Ni 钢焊接技术研究现状  11-15
    1.3.1 9Ni 钢焊接材料研究现状  11-12
    1.3.2 9Ni 钢焊接方法研究现状  12-13
    1.3.3 9Ni 钢焊接工艺研究现状  13-14
    1.3.4 9Ni 钢焊接检测研究现状  14-15
  1.4 本课题的研究内容  15-16
第2章 试验材料、设备及方法  16-21
  2.1 试验材料  16
  2.2 试验设备及过程  16-18
  2.3 微观组织分析及力学性能测试  18-21
    2.3.1 微观分析  18-19
    2.3.2 力学性能测试  19-21
第3章 9Ni 钢的SMAW 焊接接头组织与工艺研究  21-34
  3.1 引言  21
  3.2 焊条优选分析  21-22
  3.3 接头典型界面结构分析  22-26
  3.4 工艺参数对界面结构的影响  26-27
    3.4.1 焊接电流的影响  26-27
    3.4.2 焊接速度的影响  27
  3.5 接头力学性能分析  27-32
    3.5.1 强度测试结果  28-29
    3.5.2 断口分析结果  29-32
  3.6 本章小结  32-34
第4章 9Ni 钢的GTAW 焊接工艺及机理分析  34-50
  4.1 引言  34
  4.2 9Ni 钢的GTAW 焊接工艺  34-37
    4.2.1 平焊位置时的GTAW 焊接工艺  34-35
    4.2.2 横焊位置时的GTAW 焊接工艺  35-36
    4.2.3 立向上焊时的GTAW 焊接试验工艺  36-37
  4.3 GTAW 接头组织分析  37-43
    4.3.1 热影响区组织分析  37-38
    4.3.2 熔合区组织分析  38-39
    4.3.3 焊缝组织分析  39-41
    4.3.4 焊接位置对接头组织影响  41-43
  4.4 GTAW 接头力学性能  43-48
    4.4.1 接头的低温韧性  43-44
    4.4.2 接头的显微硬度分析  44-45
    4.4.3 接头的屈服强度及抗拉强度分析  45-46
    4.4.4 接头焊缝的断口分析  46-48
    4.4.5 接头热影响区的断口分析  48
  4.5 本章小结  48-50
第5章 9Ni 钢的SAW 焊接工艺及机理分析  50-60
  5.1 引言  50
  5.2 9Ni 钢的SAW 工艺试验  50-51
  5.3 SAW 接头组织分析  51-53
    5.3.1 热影响区组织分析  51-53
    5.3.2 熔合区组织分析  53
    5.3.3 焊缝组织分析  53
  5.4 SAW 接头力学性能  53-56
    5.4.1 接头的低温韧性  53-54
    5.4.2 接头显微硬度分析  54-55
    5.4.3 接头屈服强度及抗拉强度分析  55
    5.4.4 SAW 接头断口分析  55-56
  5.5 各类焊接方法在现场应用的技术可行性  56-58
    5.5.1 焊接方法工作环境适应性评估  56-57
    5.5.2 焊接位置对焊接方法的适应性分析  57-58
  5.6 本章小结  58-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 各种金属材料和构件的焊接 > 金属材料的焊接 > 钢
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