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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。