洛阳理工学院毕业设计（论文）
第2章 实验材料、设备及方法
2.1 试验材料
本试验所使用的焊接母材为低温钢板ASTM A553-95 TYPE 1（9Ni钢），根据EN288-3的工艺代用范围，采用厚度为δ=23mm的母材，工艺覆盖范围为12~25mm。原始母材的微观组织如图2-1所示。
图2-1 9Ni钢焊接母材微观组织
9Ni钢焊接母材的化学成分和力学性能如表2-1和表2-2所示，可以注意到该母材中含有8.5~9.5wt.%的Ni，从而保证了该材料具有良好的低温使用性能，这也是这种低温钢命名的重要依据。
表2-1 9Ni低温钢化学成分(wt.%)
标准
ASTEMA553
type1
C Mn Si Ni P S
＜0.13 ＜0.9 0.13~0.32 8.5~9.5 ＜0.035 ＜0.040
表2-2 9Ni低温钢力学性能
标准
ASTEM A553
type1
屈服(MPa) 抗拉(MPa) 冲击功-196℃(J)
＞585 690~825 34/27
2.2 试验设备及过程
项目组综合考虑后选择下以下材料进行试验：SAW焊接试验采用
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f-196（DC）、Freezal S276（AC），GTAW焊材采用NERTAL625，SMAW采用Freezal Ni9。试验用焊接母材用ASTMA553 type1.
试验板件的焊接：根据LNG储罐的壁板、底板的结构形式，焊接试验时SMAW、GTAW采用了平焊、横焊、立焊三个位置，SAW采用了横焊位置。对母材进行机械加工坡口后，用丙酮清洗，去除表面的油、锈、水，焊接材料按说明烘干和保温，对坡口附近进行剩磁测定，剩磁量不超过50GS方可焊接。如图2-2、图2-3：
图2-2焊接试验清理图图 2-3试件剩磁测定
在焊接过程中，横焊位置熔融的铁水容易下坠，焊缝成型不易控制，且焊接线能量要求严格，电流不宜过大，所以选择了林肯DC-1000可控硅多用途直流弧焊电源和与之匹配的日本新日铁的控制箱。该电源除具有恒压和恒流特性外，还具有手工电弧焊和碳弧气刨所需要的陡降外特性，因此可以一机多用，降本增效。但在焊接质量的控制比较复杂，且有些方面难以控制，如焊接磁偏吹、焊接线能量等。
针对低温钢的焊接难点为焊接磁偏吹、焊接线能量控制等特点，项目组同时又选择了美国Miller公司Summit Arc 1250高效方波交流焊接电源和与之匹配的HDC1500DX焊接控制箱。以及林肯DC 1000埋弧焊接电源和power feed 10sf自动送丝机进行对比焊接试验。
在SAW焊接试验是在大庆南三油库103104m3原油储罐施工现场制作了模拟LNG储罐横向自动焊试验架上进行的，如图2-4。
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图2-4低温钢横向埋弧自动焊接试验
依据正交试验分析结果，选用了SMAW与GTAW的交流方波电焊机，这类焊机目前已经很普遍，本课题试验采用了国产奥太和进口福尼斯两种焊机进行了焊接试验。
焊接坡口尺寸影响也很大，在开坡口的时候，较薄的钢板采用单边V型坡口，较厚的钢板采用双面坡口，并且坡口的角度变化也在变化。各种焊接方法焊接坡口图2-5、图2-6、图2-7所示。
图2-5平位焊接坡口示意图
图2-6直流横位焊接坡口示意图 图2-7交流横位焊接坡口示意图
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2.3 微观组织分析及力学性能测试
2.3.1微观分析
将金相分析试件采用电火花线切割沿中心切开，用镶牙粉镶样。经200#、600#、800#、1000#及1500#砂纸上逐级磨光，然后用金刚石研磨剂进行机械抛光。
采用FEI QUANTA200扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)进行显微组织观察，并利用设备所附带的能谱装置(Energy dispersive scanning,EDS)对试样表面成分进行分析。
采用光学显微镜，观察试件断裂形式和位置。对剪切试样断口进行逐层打磨或不经处理进行XRD分析。分析设备为日本理光D/max-RB型X-射线衍射分析仪(X-ray diffraction,XRD)。
2.3.2力学性能测试
对焊接接头的力学性能进行系统的测试，试样测试选取位置示意图如图2-8所示，在一块焊接试板上选取试样进行了抗拉强度、抗弯强度和冲击性能的测试，具体的抗拉试样尺寸如图2-9所示，抗弯强度测试试样尺寸如图2-10所示，全焊缝拉伸试样选取位置和尺寸如图2-11和2-12所示。将焊好的试件在INSTRON MODEL1186电子万能试验机进行抗拉和抗弯强度测试试验。
图2-8焊接试件取样位置示意图200mm50mm7拉、弯全焊缝拉伸试样位置焊缝常温冲击热影响区常温冲击硬度、金相、电镜弃去25mm弃去25mm补充试样位置热影响区低温冲击焊缝低温冲击
图2-9拉伸试样制作尺寸图2-10侧弯试样制作尺寸图2-11全焊缝拉伸取样部位示意图图2-12全焊缝拉伸试件尺寸图其余12.54 10±0.2100mm110mm0.823mm20mm300mm10mm23mm300mm
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