一种液态天然气储罐立缝位置的窄间隙焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液态天然气储罐立缝位置的窄间隙焊接方法，属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着全球范围内液化天然气消费量的迅猛增长，对制造LNG储罐罐体的关键材料9 % Ni钢及其焊接技术提出的巨大需求。9 % Ni钢以其优良的低温性能和焊接性能被认为是制造低温压力容器/储罐的最佳材料，焊接9%Ni钢主要问题是保证焊接接头的低温韧性、防止焊接裂纹、防止电弧磁偏吹等问题，这与焊接材料的类型、焊接热输入、焊接工艺有关。目前，焊接9%Ni钢主要焊接方法是焊条电弧焊(SMAW)、钨极氩弧焊(GTAW)、熔化极气体保护电弧焊(GMAW)和埋弧焊(SAW)。
[0003]钨极氩弧焊的焊接效率低，在工程中选择这种焊接方法不太经济，但是，能得到具有窄坡口的高质量的焊接接头，特别是采用低镍型焊接材料焊接9%Ni钢时，钨极氩弧焊是非常好的焊接方法。所以只是在特定的场合下才选择使用钨极氩弧焊，并且受特定条件限制其工艺实现十分困难。手工熔化极惰性气体保护电弧焊的熔敷速率大，但对焊工的焊接技术要求较高，且该焊接方法的主要缺点是容易产生熔合不良和气孔问题。焊条电弧焊是9%Ni钢现场焊接的一种适合各种焊接位置、非常灵活且可行的焊接方法，该焊接方法可以达到很高的合金过度系数，甚至高达170 %。埋弧焊是熔敷速率最高的一种焊接方法，特别是在环焊缝焊接时，由于使用了环缝焊接机械系统，埋弧焊的优点表现得更加突出，但受制于埋弧焊的自身焊接方式，它只适合于焊接横焊缝和水平位置焊缝，对于立式储罐的纵焊缝，虽然现在已经开发出了气电立焊设备，且自动化程度很高，但是由于气电立焊的线能量偏大且不易控制，所以现阶段埋弧焊并不适合用来焊接9%Ni钢立式储罐的纵焊缝。
[0004]在现有的生产实践中，焊条电弧焊和埋弧焊是9%Ni钢储罐现场焊接效率最高的焊接方法。由于LNG储罐的焊接工作量大，对于9 % Ni钢的焊接目前主要应用的方法有:手工电弧焊、埋弧自动焊，也是目前我国LNG储罐本体普遍采用的焊接方法。其中手工电弧焊主要应用于壁板的立缝、底板、大脚缝、热转角保护板，埋弧自动焊主要应用于壁板的横缝。
[0005]目前LNG罐体立缝位置用传统手工电弧焊完成，而将TIG焊应用在9%Ni钢的立缝上，对目前技术来说，实现有困难:普通TIG焊焊接效率低，对于这种大型储罐的实际生产难以实现;热输入控制难，只有控制热输入7?35KJ/cm，层间温度100°C以下，才能保证9 %钢焊接接头的低温韧性，与焊接效率构成矛盾;立缝位置装夹困难，焊接9%Ni钢要防止电弧磁偏吹，因此其装夹不能使用磁性夹具。
[0006]所以目前TIG焊尚不能普及于LNG罐立缝的焊接，目前只能使用手工电弧焊，但手工电弧焊的焊接工作量大，焊接效率低，劳动条件差、强度高，焊接质量不易保证，耗材量量大，成本高，这些均是目前亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，为了提高了焊接效率，降低成本，得到更高的焊接质量，本发明提供一种液态天然气储罐立缝位置的窄间隙焊接方法，利用窄间隙热丝TIG焊来实现
9% Ni钢立缝位置的焊接。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]—种液态天然气储罐立缝位置的窄间隙焊接方法，包括步骤如下:
[0010](I)、坡口处理:板厚24mm，开U型坡口，预留窄间隙1mm，预留钝边，坡口处打磨除锈;坡口尺寸为:①底部圆弧过渡半径R= 2.0mm；②钝边伸出长度为2.5mm，钝边厚度2.5mm;③对口间隙1.0mm;④坡口角度2.5° ;
[0011 ] (2)、装夹:利用现有LNG液态储罐挂壁小车，固定两根齿条及支架于储罐壁上，利用齿条及支架实现爬行焊接机器人与储罐的相对固定，实现稳定装夹，装夹误差小于Imm;
[0012](3)、对立缝焊接:
[0013]用挂壁小车带着爬行焊接机器人行进移动，焊枪设于爬行焊接机器人上，焊枪安在爬行焊接机器人上，其他的设备都在地面，只需拖着电缆即可，就可实现自动行进的高效焊接;焊枪为窄间隙TIG焊枪，焊枪上设有激光传感器，通过激光对中，解决1mm窄间隙U型坡口的钨极对中问题，由于实际焊接时，需要焊枪左右摆动，只有焊枪精确对中，才可保证焊枪在摆动过程中不撞到工件；
[0014]配合TIG焊机、送丝系统、保护气系统，焊接过程由爬行焊接机器人控制;送丝系统包括ER309Si，Φ 1.2臟的盘状实芯焊丝，送丝速度为140?300011/1^11;保护气系统中保护气为氩气，氩气纯度为99.999%,气体流量为15L/min ；
[0015]在焊机中输入程序，采用同时具备交流和脉冲功能的双阶梯交流脉冲焊接电流波形，立向上焊，对24mm的厚板焊6层，分层焊接，层间温度控制在100°C以下，电弧电压10?12V，焊接速度4?6cm/min，使热输入为15.6?25.910/011，上行焊接时，焊枪左右摆动。为了控制较低的热输入，利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，采用同时具备交流和脉冲功能的双阶梯交流脉冲焊接电流波形，通过调节焊接电流和脉冲频率来精确控制焊缝热输入，同时避免对母材的磁化;防止和减少过热，防止出现粗大铁素体或粗大马氏体组织，尽可能减小焊接线能量。
[0016]优选的，步骤(3)中，双阶梯交流脉冲焊接电流波形参数为:焊接电流Iap=150A，基值电流Iab = 60A，脉冲频率为50Hz。
[0017]优选的，步骤(3)中，焊枪摆动幅度为1mm，以确保坡口侧壁熔合良好。
[0018]优选的，步骤(3)中，外加热丝电源，在焊丝送入熔池前对焊丝进行加热。大大提高了焊接效率。
[0019]进一步优选的，焊丝预热电流60?70A。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]1、利用本发明的技术方案通过窄间隙热丝TIG焊实现9%Ni钢的自动化立缝焊接，大大提高了焊接效率，降低成本，焊接质量更高。
[0022]2、本发明的技术方案通过窄间隙U型坡口，减少填充金属用量，提高了单道焊缝的焊接施工效率，降低了成本，由爬行焊接机器人控制焊枪摆动焊接过程，利用钨极焊枪的精准对中，实现侧壁良好熔合。
[0023]3、利用本发明的技术方案送丝稳定，送丝速度可调范围大，并在送丝过程中对焊丝加热，熔敷效率高，生产效率大大提高，利用本方案可以达到与MIG焊一样的熔敷效率，同时能够得到TIG焊接后的高质量焊缝，焊缝的冶金性能和力学性能均表现优良。
[0024]4、本发明的技术方案利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，采用同时具备交流和脉冲功能的