一、 低溫鋼的定義
通常把用於-20℃—-253℃低溫工作的焊接結構的專用鋼稱為低溫鋼，低溫鋼的重要特性是在低溫工作條件下具有足夠的強度、塑性等效能外，對於低溫衝擊韌性值一般鋼種是達不到這個數值的。同時應具有良好的製造效能，對應變時效脆性和回火脆性的敏感性要小，以便在構件製成後，使鋼材和焊接接頭的脆性轉變溫度低於最低工作溫度，具備足夠的抗斷能力，達到安全使用的要求。
二、 低溫鋼的分類
低溫鋼通常可按使用溫度、合金含量和組織以及合金系統中有無鎳、鉻元素進行分類。
1. 按使用溫度分，低溫鋼一般以使用溫度分級，可分為-40℃、-70℃、-100℃、-196℃和-253℃等級。各種不同溫度等級的低溫鋼，適用於各種液化氣體的容器。
2. 按合金含量和組織分，低溫鋼可分為三類，一是低合金鐵素體型低溫鋼，其合金元素總含量不超過5%，組織是鐵素體加少量貝氏體，使用溫度範圍為-110℃以上，例16mnr（-40℃）、09mn2vr（-70℃）二是中合金低碳馬氏體型低溫鋼，其合金元素總含量在5-10%組織和熱處理方法有關。通常淬火後的組織是低碳馬氏體，正常化後的組織為低碳馬氏體、鐵素體以及少量奧氏體，回火後的組織是含鎳鐵素體和少量富碳奧氏體。
典型的鋼種是9ni鋼。9ni鋼的使用溫度可達-196℃，衝擊韌性優異。三是高合金奧氏體型低溫鋼，其合金元素總含量大於10%，組織為奧氏體。
奧氏體組織穩定，低溫衝擊韌性優良，使用溫度可達-196℃-269℃。
3. 按有無鎳、鉻元素低溫鋼可分為二類。含鎳、鉻的低溫鋼，工作溫度可低於-50℃。
大陸研製成的無鎳、鉻的低溫鋼，有16mnr（-40℃），09mn2v，09mnticr（-70℃），06mnnb（-90℃），06alnbcun（-110℃），15mn26al4（-253℃）
三、 低溫鋼的焊接特點
低溫鋼焊接的主要問題是保證焊接接頭具有良好的低溫衝擊韌性，低溫鋼母材的含碳量一般都較低，且材質的韌性和塑性均很好。焊接接頭的薄弱環節通常是在熔合線和焊道這兩個部位。低溫鋼焊接時具有以下幾個特點：
1. 晶粒細化。不論是奧氏體型還是鐵素體型的低溫鋼，它們的晶粒尺寸對低溫韌性有著很大的影響，晶粒越細，韌性越好，低溫鋼焊接就是要獲得細晶粒的組織。
所以焊接時要用小入熱量進行，要控制道間溫度，不宜過高，防止金屬過熱而引起韌性下降的現象。
2. 異材焊道，對於含ni的低溫鋼，通常採用異材焊接材料進行焊接其結果就是焊接金屬的成分和組織不同於母材。控制焊接金屬成分就能控制焊道的低溫韌性。
採用高ni焊條，可使焊接金屬含ni量高，能使焊道中奧氏體組織比例擴大，且穩定奧氏體組織，晶粒也細化，可獲得較理想的效果。
3. 熱裂紋，當焊接金屬含有較高的ni量時，由於ni和s、p、b都能形成低熔共晶體，其中ni+ni3s2共晶體的熔點為645℃，遠低於鋼的熔點，就是在焊縫結晶過程中形成低熔雜質的液態薄膜，這就要導致熱裂紋的產生，尤其容易引起弧坑裂紋。
4. 未熔合，未焊透，如果採用異質材料，焊接材料的熔點和母材熔點不一，在焊接過程中兩者就難以熔融，這就可能產生熔深不足，熔合不良缺陷。
5. 焊接應力和變形大，焊接材料和母材異質，焊道和母材的導熱係數與膨脹係數也有差異，焊接時由於兩者膨脹收縮不同，這必然導致有較大的應力和變形。另一方面，這類構件，就是焊後熱處理也不能完全消除殘留應力，而只能應力重新分布。
6. 稀釋，用異質焊接材料焊接時，焊道的合金元素含量高，而母材含量低，形成焊道後，在熔合線附近焊接金屬的合金元素被稀釋，而母材中的碳則向熔合線和焊道邊移，其結果，可能在熔合線附近形成馬氏體或馬氏體+奧氏體組織，促使熔合線的韌性下降。
四、5ni鋼（12ni19）低溫鋼的焊接要領
1.5ni鋼的化學成分
表1-15ni鋼化學成分%
從表中可知鋼中鎳含量達5%，又稱5ni鋼。它在-110℃以下也具有良好的衝擊韌性，因此稱為低溫用鋼。目前主要用於製造液化天然氣儲罐，化工容器等。
5ni鋼出廠都經熱處理，以提高鋼的強度和低溫韌性、其供貨狀態有正常化、正常化+退火調質。
5ni鋼是細晶粒鐵素體類鋼。
2.5ni鋼配用的電焊條
5ni鋼目前主要焊接方法之一是手工電弧焊，配用的焊條tn-11o是由天泰製造。該焊條操作性良好，焊接時飛濺極少，焊條熔敷係數高，脱渣容易，各種焊接位置均有良好的作業性，但容易產生弧坑等熱裂紋。該焊條規格（aws a5.
11-86/11m-97：enicrmo-6）
tn-110 的熔填金屬化學成分%
tn-110是鎳基焊條，焊芯為純鎳，熔填金屬組織是奧氏體。
2.1 tn-110 焊條的乾燥、使用和安全要求
使用前再乾燥350℃-400℃ 1小時，烘乾前的爐溫超過150℃以上不得將焊條放入。
烘乾後放置於低溫（110℃-150℃）乾燥箱內或置於手提式保溫桶內，桶內溫度至少應保持在50℃-160℃。
焊條置於大氣中超過4小時，必須再放置與烘乾爐中再乾燥，再乾燥不能超過一次。
應注意儲存保管事項
3. 提高低溫衝擊韌性的措施
3.1 預熱
由於5ni鋼的碳含量控制比較低，鎳含量比較富有，淬硬性不明顯，即使採用比較小的入熱量5ni+tn-110組合繁榮焊道熱影響區硬度也很低（hv在200左右）。如果預熱溫度過高就會造成晶粒粗大，並在晶界上析出氧化物，從而使韌性下降。因此焊前除了清除槽內水分等特殊情況外，應避免預熱。
道間溫度
對於5ni鋼是依靠提高鎳含量以及熱處理來保證低溫效能的，如果提高道間溫度，t 8/5時間變長，焊道及熱影響區高溫停留時間延長，使用tn-110鎳基焊條的焊道及接頭熱影響區低溫衝擊韌性比母材低的多。因此希望5ni+tn-110組合的道間溫度低些好，最好控制在100℃以下，但太低會影響焊接生產效率。
3.3線能量控制
線能量與電流電壓成正比，與焊接速度成反比，增加焊接電流減少焊接速度都使焊道及熱影響區溫度上公升，高溫停留時間增長，其結果導致5ni+tn-110組合的焊道奧氏體單向柱狀晶粗大，偏析嚴重增大產生熱裂紋，弧坑裂紋的可能性；而熱影響區範圍擴大晶粒長大，母材與焊道熔合比增大稀釋作用就明顯，使得焊接接頭低溫衝擊韌性下降。反之減少入熱量，因冷卻過快造成熱影響區特別是熔合線淬硬傾向不明顯，為保障其低溫時具有一定強度和較高的低溫韌性，5ni+tn-110入熱量控制得比較低。
平均入熱量：
平焊e=12.5kj/cm
橫焊e=10.2kj/cm
立焊e=22.4kj/cm
仰焊e=
個別焊道允許最大入熱量emax=35kj/cm
3.4 焊條熔敷長度
在實際施工過程中，比較確實有效的控制入熱量的方法是測定每根焊條的熔敷長度。
各種焊接位置焊條熔敷最小長度表
4.0 裂紋
4.1 熱裂紋
熱裂紋的形成與焊接接頭中存在低熔點共晶和接頭所處的應力狀態有關。由於5ni+tn-110組合焊接接頭中c、s、p含量控制的相當低，焊接金屬中有新增部分mo、w。通常這種組合的焊接接頭產生結晶裂紋和液化裂紋可能性不大。
但不能有效防止弧坑裂紋。
4.2弧坑裂紋
鎳是強烈穩定奧氏體元素，用tn-110鎳基焊條焊接時，焊縫一次結晶為方向性強的單向奧氏體柱狀晶，有利於低熔點雜質偏析，促使形成晶液態夾層。由於奧氏體焊縫的導熱係數小和線膨脹係數大，即使焊接接頭拘束度很小的情況下，但在焊接區域性加熱和冷卻條件下也會產生較大內應力，使得焊縫產生熱裂紋。當焊接規範增大時，這種傾向越嚴重具體呈現在焊縫收尾，特別是開槽間隙較大的第一層打底焊的弧坑裂紋。
目前尚無徹底解決弧坑裂紋的方法。一方面向焊接金屬中新增mo、w以形成碳化物粒子分布在奧氏體晶粒中使偏析受阻，從而達到減輕裂紋的目的。另一方面減少入熱量，防止粗柱狀晶產生，採用多道焊打散柱狀晶分布方向，以及減少焊接應力都對防止弧坑裂紋的產生是有利的。
在實際操作中最有效的方法是用砂輪機打磨消除弧坑裂紋，有必要時，需把每個弧坑都打磨掉。
5.0殘留應力和焊接變形
5ni+tn-110組合的焊縫和母材是異種金屬材料組合，這種奧氏體焊縫與鐵素體母材組合的導熱係數，線膨脹係數相差甚遠。因此焊接時常常產生很大的應力，而這種殘留應力不能用熱處理方法來消除。這是因為異種鋼接頭在熱處理加熱過程中焊接應力即然得到鬆弛。
但在隨後的冷卻過程中，由於這兩種材料的熱物理效能的差異不可避免地又產生新的殘留應力，所以焊後熱處理不能消除殘留應力，它只會引起應力的重新分布。此外，奧氏體焊縫再熱造成韌性降低，腐蝕性能下降。儘管本組合選用線膨脹係數與母材接近的填料金屬但接頭的內應力狀態還是相當大。
因此焊接工藝上盡可能降低焊接規範以減少入熱量，同時還採用一些減少應力的措施。
同樣原因5ni+tn-110組合焊後變形量要遠大於其它組合的焊接接頭，而且變形量隨著焊道數增加而增大。為了防止變形技術上常常採用剛性固定例如鐵碼，但5ni鋼在強鋼性條件下焊接，有可能使接頭低溫衝擊韌性下降應加以重視。
6.0 焊道熔合不良及未熔合
tn-110焊接金屬熔點比5ni鋼熔點要低100-150℃，故使母材熔深淺，容易產生熔合不良及未熔合，甚至在多道焊的層與層之間產生夾渣等缺陷。增加焊接電流儘管能獲得足夠熔深但焊縫成形不良，還會影響接頭低溫衝擊韌性下降，因此受到限制。
7.0 剩磁問題
5ni鋼是磁性材料，鋼板在切割，砂輪打磨，清根以及搬運過程中都會增加鋼板帶磁機會，當鋼板剩磁50-100高斯時就會引起焊接磁偏吹（偏弧），最嚴重時無法焊接，因此焊縫反面亦要求用交流電源清根，用直流電源清根，鋼板一定要消磁後焊接。在焊接接縫兩端，丁字拼縫特別是開槽過深，開槽夾角過小時更易產生偏弧。因此亦採用交流焊接。
8.0 焊接要領總結：
盡量採用小電流，窄焊道快速焊接。控制較低的入熱量和道間溫度來保證焊接接頭的低溫韌性。
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