NO96薄膜型LNG船殷瓦钢非脉冲氩弧焊焊接工艺研究

赵孔标 朱小锋

摘 要：NO96薄膜型LNG船是液化天然气常用的海运交通工具之一，本文针对NO96薄膜型LNG船的特殊脉冲氩弧焊焊接，分析其焊接原理和特点，对其由于直流电焊优点进行分析，通过分析NO96薄膜型LNG船，结合其工艺判定和相关培训要求，对于殷瓦钢材料的手工焊接技术进行分析，力求实现非脉冲环境下实现精切焊接，希望能够为相关航海建设工程提供参考。

关键词：NO96薄膜型LNG船;非脉冲;焊接工艺

中图分类号：U671.82 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0069-03

海底蕴含着丰富的天然气资源，其中液化天然气更是能源主要类型之一。因此也带动了液化天然气船舶建造发展。为了让实现高效液化天然气运输，海洋船舶工程往往会以建造模拟舱的方式检验船厂的质量，认证其是否符合建造需求。此类型的液化天然气船也成为了当代船舶市场发展的主流。NO96薄膜型LNG船是天然气运输船的一种类型，它内部设置了殷瓦钢材料，其能够实现内部货舱维护功能，常见的殷瓦钢手工焊方式是非脉冲氩弧焊焊接技术，本文结合其特点，介绍该类型的焊接工艺[1]。

1 相关概念简述

1.1 LNG船

LNG船（Liquefied Natural Gas Ship）属于液化天然气船类中的一种，该船能够保证船运货物在低一百六十多度的环境下进行海上运输，类似于陆运冷链系统。也被称为“海上超级冷冻车”。由于冷冻环境、运输环境极其严苛，LNG船被称为国际船运界的“三高产品”。同时，此类船对原材料和工艺要求极高，纵观全球，仅有美国、日本、韩国、中国及少数欧洲国家有此造船技术。

常见的LNG船（Liquefied Natural Gas Ship）内部储存系统拥有支撑式和薄膜式两种。其冷链接收处有专用码头，储罐成为装载液化天然气的主要容器，通过在气化装置处理后，这些液态气体加热处理后会气化，顺着热气流输送到用户处。对于液货舱而言，在主、次层INVAR的焊接模式方面，其中，GTT No.96型的船舶可以采用自动焊接，其焊接质量容易得到控制[2]。

1.2 氩弧焊

氩弧焊借助了稀有气体的保护，让焊件在气体中得到保护，避免发生氧化，其焊接原理是在普通的电弧焊焊接基础上输入氩气，从而保护金属焊材。这让通过高电流的焊材在短时间内融化成液熔;在氩气的保护下，焊接避免和空气中的氧气接触，不会发生氧化锈蚀，这种焊接技术质量和焊接精确度高，因此常被运用到高质量机械设备焊接中。

2 相关焊接工艺分析

本文探讨的NO96薄膜型LNG船殷瓦钢非脉冲氩弧焊焊接工艺，是将殷瓦钢作为焊接对象，针对其特性，采用特殊的焊接母材和焊接手段。下面，笔者对此进行分析：

2.1 焊接母材

本次研究中采用的母材是殷瓦钢（Invar），此材料是一种特殊的镍铁合金钢，其中物质含量如表（表1）。

在以上化学组成成分影响下，殷瓦钢的热膨胀系统极低，这也能让其在超级低温的状态下保持原状，不会受到环境影响，因此经常使用在低温运输中。其也是NO96薄膜型LNG船建造成分之一。

同时，不过这种材料也有一定的缺陷，殷瓦钢的抗腐蚀能力极差，在潮湿的环境中极易生锈。因此，在使用该材料时要保证内部车间内的空气干燥度大于60%，除此之外，还要在内部配置除湿空调和湿度检测仪。通过控制整个车间的封闭性，避免水分子和殷瓦钢直接接触。受到焊接环境影响，殷瓦钢也容易接触焊接人员的汗水和呼吸水分子造成大面积锈蚀氧化[3]。因此，专业焊工在执行焊接任务时候还要带着橡胶皮手套和口罩。此外，殷瓦钢的质地较薄，因此在焊接时十分容易氧化，建议焊接人员在处理时要轻拿轻放，切勿让其折损。

2.2 焊接模式

由于材料特征影响，在执行焊接任务中，焊工需要严格控制各项焊接参数和技术流程。分析其常见的焊接形式，主要有以下搭接焊、和顶焊两种样式。这两种模式根据焊接部位不同，常被用于NO96薄膜型LNG船货维护系统中。

2.3 焊接位置

按照NO96薄膜型LNG船舶建设要求，在车间焊接模式主要有平、横、竖、仰焊几种方式，笔者将常见的殷瓦钢厚度组合样式展示于下（如表2所示）。

2.4 焊前准备

2.4.1 焊接原材料

本次焊接原材料主要采取日本冶金工业集团生产的NO96薄膜型LNG专用殷瓦钢，其中厚度类型有0.7mm、1.0mm、1.5mm三种。除此之外，还选取了韩国生产的热保护绝缘垫、高纯度的氩气。

2.4.2 焊接设备

本次焊接设备采用的是ESAB Tig 2200i脉冲钨极氩弧焊机，遵循设计原理，在使用时进行非脉冲操作。同时，采用ESAB 1.6mm的钨极。本次采用的衬垫是具有较好散热性能的铜衬垫，当进入绝缘箱焊接步骤时候，改为玻璃棉绝缘保护衬垫。

2.4.3 劳保工具

为了实现较好的研究效果，本次实验严格控制水分子成分，要求焊工人员佩戴相关专业级橡胶皮手套、安全口罩和面具等。

2.4.4 焊前环境处理

顾及到殷瓦钢独特化學特性，需要操作人员在焊接前将车间内部进行去尘处理，通过去湿空调、无水酒精等对空气进行净化，对瓦钢板表面的水分、油垢、表面渣滓用锉刀进行打磨和润滑，处理后立即用无水酒精擦拭。

2.5 装配定位

为了避免焊接时候无意刮伤殷瓦钢板，需要采用专用设备将两块或三块搭接的板夹紧。减少装配定位之间的间隙，确保焊缝精度符合要求。同时，避免定焊时将熔液滴到钢板边缘，建议定焊间距设置为十毫米左右。

在装置定位时，收弧和起弧要求时间要短，一般定位电流在45安-65安左右。保持在焊接电流的两倍左右即可。定位的目的是控制殷瓦钢之间的间隙，若间隙过大，会熔穿钢板[4]。若设置电流过大也会造成溶孔现象。不利于殷瓦钢焊接操作。

值得注意的是，若定位焊接没有达到一定标准，会直接影响后面的焊接成效、当定位焊点过大，会干扰整个焊接流程的进行。对此，在定位焊接时，要尽量让上边缘的金属熔延至下板焊接，同时，保证较小的定位焊点，仅让殷瓦钢两端能够定位焊接即可。

3 非脉冲氩弧焊焊接过程

3.1 非脉冲氩弧焊焊接技术要点

在进行常规的搭接焊和顶焊时，相关按揭人员尽量不要使用焊丝，若在顶焊装置处理后发现孔隙，可以进行填丝处理。

在焊接时候，尽量让焊接钨极游走在殷瓦钢片之间边缘角，禁止碰到殷瓦钢片，造成敏感性氧化。焊接的手动方式为自上而下，通过上板金属熔融下滑下板。全过程采用自左向右的“Z”型往返焊接。技术人员要将焊枪摆动频率控制在2秒三次的频率中，切忌停顿。如果整个过程不流畅，很容易让上部分的熔融液不能均匀流向，加深焊缝表面宽度。让“R”角变小，更会加重底板焊透程度，让殷瓦钢板报废。

在进行焊接时候，钨极摆动要无限接近两地板中心，进行自上而下的往復摆动，值得注意的是，若摆动太靠上，会增加R值、让焊缝上突;反之，若摆动太靠下，也会让R值变小，造成焊缝内陷。

针对其焊接工艺而言，若采用0.7mm的殷瓦钢板，在进行立焊处理时，更要严格控制其装配间隙。可以采取自上而下或自下而上的方式，不过随着殷瓦钢板厚薄程度不同，其摆动速度和频率也要改善，否则会造成钢板融化，功亏一篑。

对于顶焊而言，需要焊接人员规避由于视觉问题造成焊缝成型扭曲，建议选择正确的角度进行观测，有助于实现其精确性焊接[5]。同时，在焊接时也建议采用低电流方式焊接，避免高热量产生大面积熔融，影响焊缝外观。

如果要采取顶焊，焊接人员需要细心控制钨极和焊缝的角度，建议焊接时让钨极沿焊缝方向前后摆动。如需要同时间顶焊三块殷瓦钢板，建议让钨极沿垂直焊缝左右呈“Z”形摆动，从而让熔液能够完全铺满顶端[6]。

3.2 技术参数

表3为殷瓦焊焊接参数。

4 相关焊接检测分析

结合殷瓦焊焊接要求，相关焊接缝隙检查方式有目测、渗透、密性等。

4.1 目测法

殷瓦焊结合使用外观要求，在经过焊接处理后，要求焊缝表面尽可能顺滑光洁[7]。为了后期维护后期美观和防氧化要求，要求焊接后的殷瓦板不能出现大面积裂缝、裂纹和咬边、杜绝出现夹钨等焊接问题。

4.2 PT检测

PT检测又称之为渗透检车，其目的是检测焊过的殷瓦钢板有无裂缝、气孔等漏洞。

4.3 宏观镜金相处理

宏观金相检测按照GTT NO.96执行标准[8]，在经过处理后的焊接试样经过切割、打磨、腐蚀等不同程度的处理后，借助微观电子显微镜拍照、通过标记尺寸、测量等方式，检验其是否满足使用要求。

5 结语

综上所述，在基于NO96薄膜型LNG船殷瓦钢非脉冲氩弧焊焊接工艺研究基础上，通过选取合理的焊接材料、焊接材料厚度、采取正确的焊接工艺，有助于在脉冲氩弧焊焊接工艺基础上，焊成优质焊条。本文通过分析NO96薄膜型LNG船应用范围以及非脉冲氩弧焊特点，结合殷瓦钢特性进行了优化分析，希望能为我国航海运输提供新的建设焊接思路。

参考文献

[1] 陈善本，吕娜.焊接智能化与智能化焊接机器人技术研究进展[J].电焊机，2013，43（05）：28-36.

[2] 高硕.金银贵金属精密脉冲TIG焊接工艺研究[D].沈阳大学，2014.

[3] 葛瑞荣，齐洪柱，董向群，周尚荣，米建华，邱志聪，徐云生.铝合金6061-T6氩弧焊焊接工艺及其性能分析[J].焊接技术，2017，46（11）：55-58.

[4] 谷林春.薄膜型LNG船货物操作系统以及Eco BOT系统的仿真模拟[D].大连海事大学，2012.

[5] 刘娟.内河薄膜型LNG运输船方案设计及碰撞性能研究[D].江苏科技大学，2017.

[6] 庄志鹏，刘俊，唐文勇.薄膜型LNG船船体结构晃荡强度研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2013，37（05）：1093-1097.

[7] 姚玉南.船舶信息管理系统开发研究[J].船海工程，2006（4）：110-113.

[8] 陈曦，茅云生.反射技术在船厂ERP系统中的应用研究[J].船海工程，2011，40（3）：88-90.