Les matériaux couramment utilisés dans les réservoirs de GNL à basse température sont l'acier 9%Ni, l'acier 5%Ni et certaines nuances d'acier inoxydable austénitique. L'acier 9%Ni, spécifié dans les normes ASTM A353 et A553, qui se caractérise par une haute résistance, une excellente ténacité à basse température, un traitement facile et d'excellentes performances de soudage, a été largement utilisé dans les réservoirs de stockage de GNL et dans le transport maritime. Sa température minimale de travail peut atteindre-196℃, c'est le meilleur matériau de plaque d'acier de ténacité utilisé dans un environnement cryogénique.

Afin de maximiser sa résistance à basse température, une plaque d'acier 9Ni est généralement traitée par trempe et revenu ou par deux normalisations et un chauffage. Cependant, le métal soudé ne peut pas être traité thermiquement, de sorte que les soudeurs doivent résoudre les problèmes suivants : comment garantir la résistance à basse température du joint soudé, éviter les fissures de soudage et le biais magnétique de l'arc, ce qui dépend du type de matériau de soudage, de l'énergie de la ligne de soudage et du processus de soudage. Dans la pratique du soudage, les matériaux de soudage à base de nickel sont généralement utilisés pour le soudage des réservoirs en acier GNL 9Ni :

1, Acier inoxydable ferritique W (Ni) =11%. Le métal soudé présente une faible ténacité à basse température lorsque l'on soude de l'acier 9Ni avec le même matériau de soudage.

2. Alliage Ni-Cr d'acier inoxydable austénitique (Ni13%~Cr16%). La résistance est légèrement supérieure à celle de l'acier ferrite, mais la ténacité à basse température et le coefficient de dilatation linéaire sont sensiblement différents de ceux de l'acier 9Ni.

3, alliage de Ni (alliages Ni-Cr-Fe contenant environ 40% Ni et alliage Ni-Cr-Mo contenant environ 60% ou plus Ni). Les matériaux de soudage en alliage de nickel offrent une bonne ténacité à basse température et une bonne résistance à la fissuration à froid, comme les fils de soudage EnNiCrMo-6 et EnNiCrMo6. EnNiCrMo-3qui sont les matériaux de soudage les plus couramment utilisés pour les tôles d'acier 9Ni, leur coefficient de dilatation linéaire est proche de celui de l'acier 9Ni, ils ne nécessitent pas de traitement thermique avant et après le soudage, et conviennent particulièrement aux constructions extérieures.

ENiCrMo-3 Les fils de soudure ENiCrMo-6 et l'acier 9Ni sont des types d'acier à faible teneur en carbone et leur teneur en carbone et leur coefficient de dilatation linéaire sont fondamentalement similaires à température ambiante et à haute température, ce qui permet d'éviter les contraintes thermiques causées par la dilatation thermique et la contraction à froid. Comparé à d'autres aciers faiblement alliés de même résistance, l'acier 9Ni présente une meilleure résistance à la fissuration et presque aucune fissure à froid dans des conditions de faible teneur en hydrogène. Cependant, lors de l'utilisation d'électrodes d'austénite à faible teneur en nickel et à forte teneur en manganèse, la dilution du métal de base dans la zone de fusion entraîne l'apparition d'une ceinture de martensite à dureté élevée, sensible à la fragilisation par l'hydrogène. Toutefois, les alliages à base de nickel peuvent essentiellement éviter l'apparition d'une zone de martensite de haute dureté dans la zone de fusion et éviter la tendance à la fissuration à froid et à chaud dans les soudures d'acier 9Ni.

Les méthodes de soudage de l'acier 9Ni dans le réservoir de stockage de GNL sont principalement SMAW et SAW. Le joint circulaire est couvert par le soudage à l'arc submergé et le joint vertical est couvert par le soudage à l'arc. Afin d'éviter les problèmes tels que les fissures à froid, les fissures à chaud, la réduction de la ténacité à basse température, le soufflage du biais magnétique de l'arc, etc., les mesures de contrôle suivantes peuvent être prises pour obtenir l'effet idéal pendant le soudage de l'acier 9Ni :

  • Préparation nécessaire avant le soudage

Nettoyer la surface de la rainure de soudage en utilisant la solution organique ou le meulage avant le soudage ; Lorsque la température est inférieure à 5℃, le métal de base doit être préchauffé avant le soudage ; Le fil de soudage doit être maintenu en stricte conformité avec les exigences et ne doit pas être exposé à l'air pendant une longue période. Essayez de ne pas préchauffer avant le soudage, et la température entre les couches ne doit pas dépasser 100℃. La température de préchauffage et la température entre les couches affectent directement la vitesse de refroidissement après le soudage. Plus la vitesse de refroidissement est lente, plus la croissance des grains est favorisée, ce qui réduit la ténacité à basse température.

  • Contrôler strictement l'énergie des lignes

Le soudage avec un faible apport de chaleur est généralement contrôlé entre 0,7 ~ 3,0kJ/mm. Plus l'apport de chaleur est important, plus le temps de séjour du cycle thermique de soudage est long et plus le grain de la microstructure du joint est grossier, ce qui augmente la sensibilité aux fissures thermiques et entraîne une diminution de la ténacité à basse température. Un faible apport de chaleur augmente le nombre de passes de soudure, de sorte que les passes de soudure suivantes jouent un rôle de trempe sur la passe de soudure précédente et améliorent la ténacité à basse température.

  • Réduction de la déflexion magnétique

L'acier 9Ni est un matériau fortement magnétique qui peut être magnétisé au cours du processus de traitement et de transport. La machine à souder à courant continu peut encore accélérer la magnétisation, ce qui entraîne une déviation magnétique de l'arc, affectant la qualité des joints soudés, en particulier les lignes de champ magnétique les plus denses au niveau de la porte du réservoir de stockage de GNL, ce qui entraîne une déviation magnétique plus importante. Les méthodes suivantes permettent de contrôler ce phénomène :

(1) Mesurer le magnétisme de l'acier 9Ni et le démagnétiser si nécessaire, contrôler l'intensité de l'induction magnétique en dessous de 50GS, et sélectionner des matériaux de soudage qui peuvent empêcher la déflexion magnétique de l'arc comme les fils EnNiCrMo-6 et EnNiCrMo-3.

(2) Utiliser autant que possible une machine à souder à courant alternatif pendant le soudage.

(3) Utiliser une meule. Comme le gougeage à l'arc au carbone utilise une machine à souder à courant continu dont le courant de gougeage de l'air est généralement supérieur à 500 A, le champ magnétique externe de renforcement du courant continu se forme entre le gougeage de l'air, la machine à souder à courant continu et la paroi de la cuve. Le magnétisme résiduel fort est facilement généré dans la paroi du réservoir lorsque le gougeage au carbone est terminé, ce qui entraîne une déviation magnétique de l'arc de soudage.