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ENiCrMo-3这2种焊条，但焊条ENiCrFe-4，ENiCrFe-9，ENiMo-8和ENiMo-9等也得到了一定的应用。上述6种焊条熔敷金属的化学成分见表1-1。
表1-1 9Ni钢常用焊条熔敷金属的化学成分（wt.%）
C Mn Fe P S Si Cu Ni Cr Nb(＋Ta Mo W 其他 Rm/MPa A(％)
ENiCrMo-3
0.10 1.0 7.0 0.03 0.02 0.75 0.50 55.0 20.0~23.0 3.15~4.15 8.0~10.0 — 0.50 760 30
ENiCrMo-6
0.10 2.0~4.0 10.0 0.03 0.02 1.0 0.50 55.0 12.0~17.0 0.5~2.0 5.0~9.0 1.0~2.0 0.50 620 35
ENiCrFe-4 ENiCrFe-9 0.20 1.0~3.5 12.0 0.03 0.02 1.0 0.50 60.0 13.0~17.0 1.0~3.5 1.0~3.5 — 0.50 650 20
0.15 1.0~4.5 1020 0.02 0.015 0.75 0.50 55.0 12.0~17.0 0.5~3.0 2.5~5.5 1.5 0.50 650 25
ENiMo-8 0.10 1.5 10.0 0.02 0.015 0.75 0.50 60.0 0.5~3.5 — 17.0~20.0 2.0~4.0 0.50 650 25
ENiMo-9 0.10 1.5 7.0 0.02 0.015 0.75 0.3~1.3 62.0 — — 18.0~22.0 2.0~4.0 0.50 650 25
1.3.2 9Ni钢焊接方法研究现状
钢材焊接是工业领域产品生产的核心技术，目前实际产品中应用较多的主要仍然是熔焊方法[19-26]，关于9Ni钢的研究已经进行了大量的工作，但是论文报道并不多，现有报道主要是集中在低温和断裂性能方面的研究[27-31]。考虑到9Ni钢的实际工作要求，实际生产中9Ni钢在焊接方法选择上有焊条电弧焊[32]、埋弧焊[33]、熔化极气体保护焊[34]、钨极氩弧焊[35]。目前主要以焊条电弧焊为主，其次是埋弧焊与钨极氩弧焊。焊条电弧焊的焊接效率比较低，熔化极气体保护焊为保证质量一般采用脉冲电流来进行焊接。钨极氩弧焊能保证焊接接头具有较高的质量，生产率低，成
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本较高。埋弧焊是一种效率较高的焊接方法，特别是在环焊缝焊接时，由于使用了环缝焊接机械系统，其优点更加突出，几乎适合于焊接所有横焊缝和水平位置焊缝。实际的生产实践过程中，SMAW和SAW是9Ni钢储罐现场焊接效率最高和最常用的焊接方法。
吴志祥等人[36]针对2万立方米LNG低温储罐的建造问题，采用埋弧自动横焊方法实现了9Ni钢的焊接，埋弧自动横焊设备包括焊接电源、自动送丝机、行走系统和焊剂循环系统组成。焊接电源选用了DC-600可控硅多用途直流弧焊电源和与之匹配的NA-3N(S)控制箱，该电源除具有恒流和恒压特性外，还具有手工电弧焊和碳弧气刨所需要的陡降外特性，可实现一机多用。自动送丝机选用了Power Feed10sf自动送丝装置，可实现送丝速度、交流输出频率、DC-AC切换、电流平衡调节和波形控制等功能。焊接行走机构可实现正反双向行走，行走变速可在0~2500mm/min范围内无级调节。
1.3.3 9Ni钢焊接工艺研究现状
用9Ni钢建造的设备要在-100℃低温，甚至-196℃的超低温下工作，故其焊接接头必须有良好的低温韧性，所以必须避免接头过热和晶粒长大。为达到此目的，从焊接工艺[37,38]考虑，必须采取如下措施：(1)焊前不预热且须严格控制层间温度。因为预热温度和层间温度直接影响焊后冷却速度，冷却速度越慢，越有助于晶粒长大，所以9Ni钢焊前一般不预热，层间温度不宜超过100℃。(2)选择合适的线能量。因为焊接热循环的正确与否直接关系到接头组织、晶粒大小和性能。焊接线能量应控制在45 kJ/cm以下，通常为7~35kJ/cm。(3)进行多层多道焊，避免单道焊。实验发现，即使小线能量(15 kJ/cm)单道热循环的CGHAZ(粗晶热影响区)的低温(-196℃)冲击功也非常低，经过800℃或900℃二次热循环后，低温冲击功明显提高；三次热循环能进一步改善其低温韧性。所以，焊接9Ni钢时应进行多层多道焊。(4)尽量选用交流极性的电流。由于9Ni钢是一种强磁性材料，极易被磁化，采用直流电源时易出现磁偏吹现象，影响焊接工艺的稳定性，直接影响接头质量。（5）热裂纹控制。由于应力影响而产生的热裂纹主要为弧坑裂纹，焊接时应尽量减小弧坑。弧坑越小，则弧 坑裂纹
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越不容易产生，同时要注意填满弧坑；并且在清根时应打磨成U形坡口，避免出现窄而深的V形坡口。（6）冷裂纹控制。9Ni钢具有良好的抗冷裂纹能力，但在高氢的情况下，有一定的冷裂纹敏感性，特别是焊接第1层焊缝时，由于根部附近冷却快，拘束应力较大，如果焊接材料或环境潮湿，很可能出现冷裂纹，因此应严格控制氢的来源。
1.3.4 9Ni钢焊接检测研究现状
LNG储罐如有缺陷将造成非常严重的后果，为此9Ni钢板在出厂前要进行检测，同时焊缝在施工时还要在现场进行无损检测，检测中不仅要检查出焊缝表面的各种可见缺陷，同时重点要检测整个焊缝及热影响区中可能的缺陷，如裂纹和未焊透等缺陷。
9Ni钢焊接储罐常用的检测方法主要包括射线检测和超声检测两部分，其中射线检测属于比较传统的检测方法，射线检测技术比较成熟，但是射线检测对于平面性缺陷的识别较为困难，同时由于9Ni钢焊缝和母材金属吸收X射线特性不一致，可能导致识别错误，为此现在研究的重点集中在超声检测方面。超声检测由于能够准确显示平面型缺陷、即时提供检测结果、不产生放射性等优势，在管线铺设工程中已很大程度上取代了放射性检测，其应用范围正在不断的推广中。
赵中龄等人[39]对9Ni钢大型球罐焊缝进行了超声波探伤研究，研究发现9Ni钢大型球罐由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒粗大，常用的横波入射法无法使用，为此开发了窄脉冲纵波斜探头，该探头具有灵敏度高、分辨率好、信噪比高等优点，配合使用9Ni钢母材制作的CSK-ⅡA试块，如图1-3所示，对9Ni钢球罐奥氏体焊缝取得了很好的超声检测结果。
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图1-3 CSK-ⅡA对比试块[39]
车成武[40]对公称体积为1500m3的9Ni钢储罐进行了超声探伤，解决了射线探伤底片判定的困难，弥补了射线探伤的不足，且对焊缝中的缺陷深度进行了准确的定位，研究发现采用6分贝法对裂纹缺陷测长不够准确，从实际缺陷打磨情况看，一般裂纹尺寸都较探测的长一些，对于这类缺陷测长至少要增加2分贝。
李衍等[41]研究了设置窄槽、热裂纹的9Ni钢焊缝超声TOFD法检测中信号处理方法，利用小波变换法将检出信号分解为多个频带宽度不同的成分，为减小由枝晶衍射引起的噪声，计算了这些成分的积，并对其加权，重建了A型显示信号。结果证明，检出缺陷信号时缺陷回波的SN比可平均提高约18dB，D扫描图像中的缺陷显示也分外明显。
1.4本课题的研究内容
对于本文中所研究的低温钢焊接，由于其控制热输入等工艺参数的需要，焊条电弧焊和氩弧焊工艺应用较广。但随着交流方波埋弧焊电源和细焊丝埋弧焊的开发，使得埋弧焊的热输入量在一定范围内变小，因此被在大型LNG内罐横焊缝的焊接中也具有良好的应用前景。
大型LNG低温储罐罐底有三层钢板、二层保冷层，这种复杂的结构的底板焊接除了要考虑所采用的低温钢焊接要克服热裂纹、磁偏吹、冷裂纹等缺陷的产生，避免低温韧性下降等问题外，更重要的问题就是解决薄板焊接结构焊后产生波浪变形的问题，因此理论上说要采用热输入量小的焊接方法，如小电流焊条电弧焊和钨极氩弧焊。储罐内罐壁板相对于底板
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而言厚度较大，由于其横焊缝结构的规则性，采用正装法时可以将壁板的上沿作为轨道，可能采用细丝埋弧自动焊，即可提高焊接效率，又可提高焊接质量；壁板的纵向焊缝由于采用了多层多道焊，可以尝试采用焊条电弧焊或者氩弧焊方法。
根据大型LNG储罐用9Ni钢的焊接应用需求，本课题拟系统研究9Ni钢的焊条电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊，深入研究接头的界面微观组织，系统测试接头的力学性能。本课题的研究内容如下：
(1)采用焊条电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊方法在不同的工艺参数下进行9Ni钢的焊接试验，集中评价焊接方法的焊接性，完成焊条和焊丝的优选，实现初步的工艺优化设计。
(2)分析9Ni钢焊接接头典型界面结构，研究焊接电流、焊接速度、焊接位置等工艺参数对接头界面结构的影响，确定结构的组织演化规律。
(3)系统测试接头的拉伸性能、冲击性能和弯曲性能，分析焊接工艺参数对接头力学性能的影响规律，确定接头的断口特性，解明接头界面结构与力学性能的对应关系，优化9Ni钢焊条电弧焊、埋弧自动焊、氩弧焊焊接工艺。
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