Effect of Hydrogen on Low Temperature Toughness of TIP-TIG Welded 9Ni Steel Joints for LNG Storage Tanks

GUO Ying; YANG Shangyu; ZHOU Cong; ZHU Lei

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.15

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Effect of Hydrogen on Low Temperature Toughness of TIP-TIG Welded 9Ni Steel Joints for LNG Storage Tanks
Vol. 55, Issue 4, Pages: 113-121(2025)
Received：08 April 2024，

Revised：2024-11-26，

Published：20 April 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.15
稿件说明：

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郭鹰，杨尚玉，周聪，等.氢对TIP-TIG焊接LNG储罐用9Ni钢接头低温韧性的影响［J］.电焊机，2025，55（4）：113-121. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.15.

GUO Ying, YANG Shangyu, ZHOU Cong, et al.Effect of Hydrogen on Low Temperature Toughness of TIP-TIG Welded 9Ni Steel Joints for LNG Storage Tanks[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(4): 113-121. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.15.

摘要

虽然热丝TIG焊同TIG焊相比明显地提高了熔敷速度，但与埋弧焊相比仍有不足。在热丝TIG焊的保护气氛中加入氢气可以进一步提高熔覆效率，但氢也会恶化接头性能，导致氢裂纹等缺陷。本研究旨在探究氢气对 TIP-TIG焊接LNG储罐用9Ni钢接头性能和低温韧性的影响，并确定氩气保护气氛中最佳氢气比例。采用不同比例的氩氢混合气体进行TIP-TIG焊接，并使用光学显微镜、扫描电子显微镜和万能试验机对焊接接头的显微组织和力学性能进行分析。通过夏比V型缺口冲击试验和落锤撕裂试验（DWTT）评估接头的低温韧性。结果表明，在保护气氛中加入氢气可以提高焊接效率和低温韧性，但存在最佳比例，98%氩气+2%氢气是最佳比例，此时接头低温韧性达到最高。氢气的加入导致焊缝析出相中Mo含量显著下降，Mo元素大量固溶在基体内，增强晶界凝聚力，阻碍裂纹的扩展，其断口处存在大而深的韧窝和较高的解理台阶，使其低温韧性达到最高；而随着氢含量增加到8%后，在焊缝生成了微气孔，破坏了材料的连续性，导致焊缝低温冲击吸收能量降低，从而损害熔敷金属的低温韧性。

Abstract

Although hot wire TIG welding significantly improves the deposition rate compared with TIG welding

it is still inadequate compared with submerged arc welding. Adding hydrogen to the shielding atmosphere of hot wire TIG welding can further improve the melting efficiency

but hydrogen can also deteriorate the joint properties and lead to defects such as hydrogen cracking. In this paper

the effect of hydrogen on the joint properties and low-temperature toughness of 9Ni steel for TIP-TIG (TT welding) welded LNG storage tanks was investigated

and the microstructure and mechanical properties of the joints were analyzed by optical microscope

scanning electron microscope and universal testing machine. The results show that the welding efficiency and low-temperature toughness of TT welding with hydrogen in the protective atmosphere is increased

and the optimal ratio of the gas mixture is 98% argon + 2% hydrogen

and under 98% argon + 2% hydrogen protective gas

the Mo content in the precipitation phase of the weld decreases significantly

and a large amount of Mo is solidly dissolved in the matrix

and the increase of the Mo element in the matrix enhances the cohesion of the grain boundaries

and plays a hindering role in the expansion of the crack

Its fracture at the presence of large and deep tough nest and high deconvolution step

so that its low temperature toughness to reach the highest; and with the increase in hydrogen content to 8%

in the weld generated microporosity destroys the continuity of the material

resulting in a reduction in the weld low-temperature impact absorbed energy

which impairs the low-temperature toughness of the molten metal.

关键词

Keywords

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