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9Ni钢是液化天然气储罐最为常用的结构材料之一,其焊接接头低温韧性下降是9Ni钢焊接中最为突出的问题。埋弧焊作为9Ni钢生产施工中最广泛应用的焊接方法之一,因其较大的热输入,其接头低温韧性下降的现象更加严重,因此受到了人们的高度关注。本文为了改善9Ni钢埋弧焊接接头的低温韧性,采用交流方波波形控制技术,在保持焊机输出功率不变的条件下控制焊丝和母材中热输入的分配比例,以期获得其焊接接头微观组织与力学性能的相应关系,实现在采用这种利用波形调整的9Ni钢埋弧焊的新方法时,不但能够提高接头的力学性能,而且也能提高焊接生产效率。首先,利用对比试验方法,观察了不同波形参数条件下9Ni钢的焊缝成形以及组织特点。研究结果表明,交流方波的平衡和偏置两个参数通过调节焊接过程中焊丝和母材的能量分配来影响焊缝成形,采用较高的平衡和正的偏置有利于增加焊缝的熔深;而采用较低的平衡和负的偏置则能够提高熔敷效率。同时,降低焊机输出功率用于熔化母材的热输入比例可以减小熔合比,降低母材在焊缝金属中的稀释作用,提高焊缝的合金元素比例,细化其枝晶结构。采用光学显微镜、SEM和EDS等测试分析手段,观察分析了9Ni钢厚板多层多道埋弧焊的接头微观组织、晶粒尺寸以及析出相种类分布,发现多层多道焊的焊缝金属中存在明显的成分梯度和组织梯度,坡口根部第一道焊缝处9Ni钢母材对焊缝金属的稀释作用最大,焊缝中的各种析出相,包括Ni3Mo、氧化铝以及碳化物的含量都有所增加。采用波形控制技术对板厚20mm的9Ni钢X型坡口多层多道埋弧焊进行了波形调整。打底焊为了保证根部熔合,采用了较高的平衡和正的偏置,其余焊道均采用小平衡和负偏置,使得在相同的焊机输出功率下减少了一道焊缝,焊接效率明显提升。不过,打底焊道平衡和偏置的提高,增加了母材对焊缝的稀释作用,使得焊缝金属中树枝晶变得粗大,各种析出相的含量增大,粗晶区的晶粒尺寸变大,板条马氏体的板条密度及束群都变大。通过9Ni钢交流方波埋弧焊的焊接接头拉伸、弯曲、冲击和硬度性能的测试,结果表明在使用较低平衡及负偏置的交流方波波形时,可以提高9Ni钢焊接接头的低温冲击韧性,其力学性能全部符合相关标准的要求。交流方波波形控制技术可以在提高9Ni钢生产效率的同时确保其焊接接头的力学性能,因此,其在9Ni钢的焊接中具有广阔的应用前景。