由于LNG低溫儲罐有時(shí)要在-196℃的超低溫下工作，故對9%Ni鋼焊接接頭的要求很高。焊接接頭有良好的低溫韌性，采取合理的措施預(yù)防9%Ni鋼焊接接頭冷、熱裂紋的傾向，為達(dá)到此目的，采取如下措施。

(1)冷裂紋的預(yù)防

理論認(rèn)為，冷裂紋產(chǎn)生的原因主要是應(yīng)力、淬硬組織和焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量。9%Ni鋼自身有較好的抗冷裂的能力，正常施焊條件下一般不會產(chǎn)生冷裂紋。但焊接工藝條件不當(dāng)時(shí)，存在的冷裂敏感性。特別是在焊接第 一層焊縫時(shí)，由于根部附近冷卻快，拘束應(yīng)力較大，因此通過合理的組對安裝和焊接順序可減少拘束應(yīng)力。其次，控制層間溫度以及選用熱輸入較小的焊接規(guī)范可以控制熱應(yīng)力。選用低碳焊條可以避免出現(xiàn)硬化組織，在焊接工藝上應(yīng)設(shè)法減少馬氏體帶的形成，以避免產(chǎn)生過大的組織應(yīng)力。如果焊條烘干不足、環(huán)境潮濕，焊縫坡口附近不潔(有水、油及物)以及焊條擴(kuò)散會導(dǎo)致熔合區(qū)中的氫含量提高，致使氫在熔合區(qū)中積聚，在熔合區(qū)有可能出現(xiàn)氫致冷裂紋。尤其是采用低鎳高錳型奧氏體焊條時(shí)，熔合區(qū)處會出現(xiàn)的馬氏體帶，對氫脆較為敏感。

9%Ni鋼本身含碳量較低，焊接時(shí)不會產(chǎn)生硬化組織，但如果選用的焊材含碳量較高，熔合、擴(kuò)散的作用可使熔合區(qū)含碳量而產(chǎn)生硬化層。選用含碳量不高于母材的焊條就可避免出現(xiàn)硬化層。另外，采用Ni基合金焊接材料時(shí)，焊接接頭中基本上不會出現(xiàn)馬氏體，有利于防止冷裂紋。

綜上所述，只要選用低氫、低含碳量的高鎳焊條，選用合適的焊接工藝，特別是焊條烘干、焊接環(huán)境溫度、層間溫度和熱輸入的合理控制等，就可以避免熔合區(qū)硬化層的出現(xiàn)、減少氫在硬化層中的積聚，從而降低冷裂紋敏感性。

(2)熱裂紋的預(yù)防

熱裂紋的產(chǎn)生與焊縫金屬結(jié)晶過程中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析的數(shù)量及分布有關(guān)，即與應(yīng)力、雜質(zhì)和化學(xué)成分有關(guān)。液體金屬結(jié)晶過程越長，偏析越嚴(yán)重。偏析產(chǎn)生的低熔點(diǎn)雜質(zhì)分布在晶界上，尤其在奧氏體組織中，雜質(zhì)在晶界上的分布是連續(xù)的。采用Ni基或Fe-Ni基焊材焊接9%Ni鋼時(shí)，有可能產(chǎn)生弧坑熱裂紋、高溫失塑熱裂紋和液化熱裂紋。這些裂紋易于產(chǎn)生在打底焊縫或定位焊縫中，裂紋傾向與焊接位置有關(guān)，橫焊與平焊位置的裂紋傾向大于立焊與仰焊位置的裂紋。

由于9%Ni鋼焊接通常采用高鎳焊材，焊縫組織為奧氏體，因此有的熱裂傾向。9%Ni鋼焊接時(shí)可能出現(xiàn)的熱裂紋主要有四種，即弧坑裂紋、高溫失塑裂紋、液化裂紋和折疊中的顯微裂紋或疏松。表明，高溫失塑裂紋和液化裂紋常產(chǎn)生于奧氏體焊縫，顯微疏松主要出現(xiàn)在熔合區(qū)。但由于這三種裂紋的尺寸一般較小，對LNG儲罐的使用不會造成危害。相比之下，9%Ni鋼焊接時(shí)弧坑裂紋傾向較大，需預(yù)防?；】恿鸭y實(shí)質(zhì)是一種沿晶間開裂的典型的凝固時(shí)產(chǎn)生的熱裂紋。多層焊時(shí)，在打底焊的第 一層焊縫中，弧坑裂紋發(fā)生率相當(dāng)高，即使采取措施也很難避免。在其它各層焊縫中，也有不同程度的弧坑裂紋傾向。隨著焊接層數(shù)的增加，坡口增寬，收縮應(yīng)變減小，開裂幾率下降。這種裂紋傾向還與焊接位置有關(guān)，平焊與橫焊的裂紋傾向較大。此外，若焊工操作技術(shù)不當(dāng)，夾渣較多時(shí)，焊縫中還會產(chǎn)生以夾渣為裂紋源的熱裂紋。要以上幾種裂紋，較根本的辦法是：

1)減少雜質(zhì)元素，焊前對坡口兩側(cè)仔細(xì)打磨與清理，收弧時(shí)焊條要稍作停頓，填滿弧坑后再慢慢地拉斷電弧。

2)選用熔化溫度區(qū)間范圍小或偏析雜質(zhì)在焊縫金屬晶界的分布為不連續(xù)狀的(非單一奧氏體組織)焊條。

3)對收弧點(diǎn)適當(dāng)進(jìn)行打磨，多層焊時(shí)各層間接頭應(yīng)錯(cuò)開。

(3)焊接接頭部位低溫韌性的

9%Ni鋼焊接時(shí)，焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)在焊接后低溫韌性都有可能降低。表明，對低合金高強(qiáng)鋼，母材組織形態(tài)、焊接材料以及焊接工藝參數(shù)對焊接接頭的韌性都有很大的影響。

焊縫金屬的低溫韌性主要與采用的焊接材料有關(guān)。資料表明，采用與9%Ni鋼成分相同的鐵素體型焊接材料時(shí)，焊縫中含氧量高，焊縫的低溫韌性很差。通常，9%Ni鋼的焊接材料主要采用奧氏體型Ni基、Fe-Ni型和Ni-Cr型這三種類型。其中，Ni基和Fe-Ni型焊接材料的低溫韌性良好，熱膨脹系數(shù)與9%Ni鋼相近，但成本高，強(qiáng)度偏低。焊接材料的強(qiáng)度稍高，但易在熔合區(qū)出現(xiàn)脆性組織，低溫韌性較差。

熔合區(qū)的低溫韌性主要與所出現(xiàn)的脆性組織有關(guān)。采用成分異于母材的焊材進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫與母材間合金元素的濃度梯度導(dǎo)致熔合線附近焊縫的合金元素被稀釋，同時(shí)母材中的碳則向熔合線和焊縫遷移，往往導(dǎo)致熔合線附近形成板條狀馬氏體和孿晶馬氏體組成的富合金馬氏體硬脆層，促使熔合區(qū)的韌性下降。

焊接熱影響區(qū)低溫韌性主要與焊接熱輸入、層間溫度有關(guān)。焊接熱輸入和層間溫度的改變會導(dǎo)致焊接熱循環(huán)的峰值、溫度相應(yīng)改變，從而影響熱影響區(qū)的金相組織。表明，逆轉(zhuǎn)變奧氏體有利于9%Ni鋼焊接熱影響區(qū)的低溫韌性。如峰值溫度過高，會使逆轉(zhuǎn)奧氏體數(shù)量減少，并產(chǎn)生粗大的貝氏體，從而使低溫韌性下降。逆轉(zhuǎn)變奧氏體的減少與貝氏體組織的出現(xiàn)，均會導(dǎo)致低溫韌性的降低。因此，實(shí)際焊接過程中，應(yīng)該對熱輸入和層間溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，盡量采用多層、多道、較小的熱輸入進(jìn)行焊接，以使焊接接頭的熱影響區(qū)獲得較多的逆轉(zhuǎn)變奧氏體，減輕低溫韌性的下降。由于后續(xù)焊縫具有回火作用，逆轉(zhuǎn)變奧氏體的數(shù)量會有所增加，可使韌性。