Os materiais normalmente utilizados nos reservatórios de GNL a baixa temperatura são o aço 9%Ni, o aço 5%Ni e alguns tipos de aço inoxidável austenítico. O aço 9%Ni, especificado nas normas ASTM A353 e A553, que se caracteriza por uma elevada resistência, excelente tenacidade a baixa temperatura, fácil processamento e excelente desempenho de soldadura, tem sido amplamente utilizado em tanques de armazenamento e transporte de GNL. Sua temperatura mínima de trabalho pode chegar a-196 ℃, é o melhor material de chapa de aço de tenacidade usado em um ambiente criogênico.

A fim de maximizar a sua resistência a baixas temperaturas, uma chapa de aço 9Ni é normalmente tratada por têmpera e revenido ou duas vezes por normalização e aquecimento. No entanto, o metal de solda não pode ser tratado termicamente, por isso, como garantir a tenacidade a baixa temperatura da junta soldada, evitar fissuras de soldadura e sopro de polarização magnética do arco são os problemas que os soldadores têm de enfrentar, o que depende do tipo de material de soldadura, da energia da linha de soldadura e do processo de soldadura. Na prática de soldadura, os materiais de soldadura à base de níquel são geralmente utilizados para soldar tanques de aço 9Ni LNG, que incluem principalmente

1, Aço inoxidável ferrítico W (Ni) =11%. O metal de solda tem uma fraca tenacidade a baixa temperatura ao soldar aço 9Ni com o mesmo material de soldadura.

2, liga de aço inoxidável austenítico Ni-Cr (Ni13%~Cr16%). A resistência é ligeiramente superior à do aço de ferrite, enquanto a tenacidade a baixa temperatura e o coeficiente de expansão linear são significativamente diferentes do aço 9Ni.

3, liga de Ni (ligas de Ni-Cr-Fe contendo cerca de 40% Ni e liga de Ni-Cr-Mo contendo cerca de 60% ou mais Ni). Os materiais de soldadura de liga de níquel oferecem uma boa tenacidade a baixa temperatura e uma boa resistência à fissuração a frio, como os fios de soldadura EnNiCrMo-6 e EnNiCrMo-3que são os materiais de soldadura mais utilizados para a chapa de aço 9Ni, o seu coeficiente de dilatação linear é próximo do do aço 9Ni, não necessitam de tratamento térmico pré-soldadura e pós-soldadura, sendo especialmente adequados para a construção exterior.

ENiCrMo-3 ou fios de soldadura ENiCrMo-6 e o aço 9Ni são tipos de aço com baixo teor de carbono e o seu teor de carbono e o seu coeficiente de expansão linear são basicamente semelhantes à temperatura ambiente e a alta temperatura, evitando assim o stress térmico causado pela expansão térmica e contracção a frio. Em comparação com outros aços de baixa liga com a mesma resistência, o aço 9Ni tem uma melhor resistência à fissuração e quase não apresenta fissuras a frio em condições de baixo teor de hidrogénio. No entanto, quando se utilizam eléctrodos de austenite com baixo teor de níquel e elevado teor de manganês, devido à diluição do metal de base na zona de fusão, aparecerá uma banda de martensite de elevada dureza, sensível à fragilização pelo hidrogénio. No entanto, o material de liga à base de Ni pode basicamente evitar a ocorrência de zona de martensite de elevada dureza na zona de fusão e evitar a tendência de fissuras a frio e a quente na soldadura de aço 9Ni.

Os métodos de soldadura do aço 9Ni no tanque de armazenamento de GNL são principalmente SMAW e SAW. A costura circular é coberta por soldadura por arco submerso e a costura vertical é coberta por soldadura por arco. A fim de evitar problemas como fissuras a frio, fissuras a quente, redução da tenacidade a baixa temperatura, sopro de polarização magnética do arco, etc., podem ser tomadas as seguintes medidas de controlo para obter o efeito ideal durante a soldadura do aço 9Ni:

  • Preparação necessária antes da soldadura

Limpe a superfície da ranhura de soldagem usando a solução orgânica ou moagem antes da soldagem; Quando a temperatura for inferior a 5 ℃, o metal base deve ser pré-aquecido antes da soldagem; O fio de solda deve ser mantido em estrita conformidade com os requisitos e não deve ser exposto ao ar por muito tempo. Tente não pré-aquecer antes de soldar, e a temperatura entre as camadas não deve exceder 100 ℃. A temperatura de pré-aquecimento e a temperatura entre camadas afetam diretamente a taxa de resfriamento após a soldagem. Quanto mais lenta a taxa de resfriamento e mais propício ao crescimento de grãos, reduzindo assim a tenacidade a baixa temperatura

  • Controlar rigorosamente a energia da linha

A soldadura com uma pequena entrada de calor é geralmente controlada entre 0,7 e 3,0 kJ/mm. Quanto maior for o aporte térmico, maior será o tempo de permanência do ciclo térmico de soldadura e mais grosseiro será o grão da microestrutura da junta, o que aumenta a sensibilidade à fissuração térmica e leva à diminuição da tenacidade a baixa temperatura. Um pequeno aporte térmico aumentará os passes de soldadura, de modo a que os passes de soldadura subsequentes desempenhem um papel de têmpera no passe de soldadura anterior e melhorem a tenacidade a baixa temperatura.

  • Redução da deflexão magnética

O aço 9Ni é um material magnético forte que pode ser magnetizado no processo de transformação e transporte. A máquina de soldar por corrente contínua pode acelerar ainda mais a magnetização, resultando no sopro da polarização magnética do arco, afectando a qualidade das juntas soldadas, especialmente as linhas de campo magnético mais densas na porta do reservatório de armazenamento de GNL, levando a um maior sopro de deflexão magnética. Podemos controlá-lo através dos seguintes métodos:

(1) Medir o magnetismo do aço 9Ni e desmagnetizar quando necessário, controlar a intensidade da indução magnética abaixo de 50GS e seleccionar materiais de soldadura que possam evitar a deflexão magnética do arco, como os fios EnNiCrMo-6 e EnNiCrMo-3.

(2) Utilizar, tanto quanto possível, uma máquina de soldadura de corrente alternada durante a soldadura.

(3) Utilizar uma mó. Uma vez que a goivagem a arco de carbono adopta uma máquina de soldar de corrente contínua, cuja corrente de goivagem a ar é normalmente superior a 500A, forma-se um campo magnético externo de reforço da corrente contínua entre a goivagem a ar, a máquina de soldar de corrente contínua e a parede do reservatório. O forte magnetismo residual é facilmente gerado na parede do tanque quando a goivagem de carbono termina, o que leva à deflexão magnética do arco de soldadura.