浅析如何控制镍及镍基合金的焊接工艺与质量

来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询浅析如何控制镍及镍基合金的焊接工艺与质量摘要：文章针对镍及镍基合金的分类及用途、化学成分、焊接方法、焊接缺陷，制定了科学的焊接施工工艺，以保证焊接质量。关键词：镍及镍基合金；焊接工艺；施工；气孔；裂纹镍是重要的有色金属，具有独特的物理、化学和耐蚀性能，同时又具有良好的高温和低温力学性能，因此，镍及镍基合金在现代工业中得到了越来越广泛地应用，多数镍及镍基合金设备是靠焊接制造而成，镍及镍合金焊接一般采用手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等方法，也可采用埋弧自动焊焊接方法。但是在焊接过中也会产生很多焊接问题，影响镍及镍基合金设备的使用性能、安全性能和寿命。为了保证镍及镍基合金设备的安全使，控制镍及镍基合金的焊接质量，需要针对镍及镍基合金的焊接性，制定科学的焊接工艺。1镍及镍基合金的分类及用途（1）工业纯镍：应用在处理苛性碱的设备上、食品加工设备、化学品装运容器、耐海水腐蚀设备和电器及电子元件等；(2)蒙乃尔Monel(Ni—Cu系)：应用在石油和化工工业及在海洋开发中，可用来制造各种换热设备、石油和化工用管线、锅炉给水加热器、容器、反应釜、塔、槽等；(3)因康镍Inconel(Ni-Gr-Fe系)：应用在化学工业中，用来制造加热器、换热器、蒸馏塔、蒸发器、冷凝器，以及盛装硝酸及硝酸加氢氟酸等用途的容器、管道、塔和槽等；(4)哈斯特洛依Hastlloy(Ni-Mo或Ni-Gr-Mo系)：Ni-Mo系多用于制造盐酸容器的衬里、管道等；Ni-Cr-Mo系主要应用于在强腐蚀性氧化-还原复合介质中应用装置，以及在高温海水中应用的装置；（5）Ni-Cr-Mo-Cu系：对含有氯离子、氟离子的酸性介质的冲刷能够耐冷凝腐蚀；（6）铁镍基合金：常用于加热管、热交换器及蒸汽腐蚀器等，具有优良的耐应力腐蚀性能和耐高温腐蚀性能。2化学成分和机械性能表1常用的镍及镍合金管化学成分3焊接方法来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询镍及镍合金焊接方法有：手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊、埋弧自动焊等。4焊接工艺参数不同系列的镍及镍合金焊接工艺参数稍有不同（见表2、表3、表4所示）表2手工钨极氩弧焊焊接工艺参数5焊接常见缺陷镍及镍基合金在焊接时，如果采用的工艺措施不当，危害较大的会发生焊缝气孔和焊接热裂纹。5.1焊缝气孔镍及镍合金特别是纯镍、蒙乃尔等合金，固液相温度间距小，流动性偏低，在快速冷却结晶条件下，游离出来的气体在流动性较差的液态镍中不能在镍基合金焊缝凝固前完全逸出，从而极易在焊缝中产生气孔。另外，焊接坡口及其两侧的油污、水分、灰尘及氧化层清理不干净；焊接电流及电弧电压较低，焊接速度过快焊接热能量低；焊枪气体保护喷嘴直径较小，保护气体流量过低；气体保护效果不良，焊条烘干不良，烘干温度计保温时间不够，这些也是产生气孔的原因。5.2焊接热裂纹镍和铁的二元共晶物中有较多低熔点的金属共晶物和非金属共晶物。特别是硫、磷共晶物熔点比镍铁低很多(Ni-S为645℃、Ni-P为880℃)，在焊缝结晶时低熔点共晶物的液态膜残留在晶界区，同时镍及镍合金线胀系数大，焊接时易产生较大的应力，焊缝结晶时低熔点共晶物的液态膜在收缩应力作用下易产生开裂。另外，焊接坡口及其两侧的污物清理不干净、焊缝表面凸凹不平等也会产生裂纹。其次，收弧时如果没有填满弧坑和电流衰减时间较短，收弧处熔敷金属量少出现弧坑其强度比较薄弱，在相变应力和拘束应力的作用下产生收弧处微裂纹。来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询6焊接工艺为了解决上述焊接问题，以保证焊接质量，文章结合石油化工工程中镍及镍合金管材采用氨弧焊和焊条电弧焊的焊接施工，特制定以下焊接工艺。6．1焊接准备6.1.1技术准备(1)施工前，焊接技术人员应根据设计文件、相关标准和焊接工艺评定，并编制焊接工艺指导书，组织进行焊接工艺评定；(2)针对各类焊接接头编制《焊接工艺卡》或《焊接工艺规程》，施焊过程严格按照工艺卡要求的参数进行。（3）焊工必须持有《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》或GB50236合格证或设计规定的其它合格证。6.1.2材料要求(1)焊接材料的储存、保管应符合JB／T3223-96《焊接材料质量管理规程》及相关标准的要求；(2)焊接使用的焊条、焊丝、焊剂、保护气、电极应有出厂合格证和质量证明书；(3)焊材的烘干、发放、回收严格按有关规定执行，焊条的烘干工艺按生产厂家说明书提供的参数进行，如无则按焊接工艺指导书给定的参数进行；(4)焊丝使用前，应去除表面的油脂、锈等杂物；(5)保温材料性能应符合预热及其处理要求。6.1.3设备要求(1)使用的直流焊机要在校准周期内，并且完好、性能可靠，双表指示灵敏，；(2)焊条保温筒、刨锤、不锈钢丝刷或铜丝刷配备齐全，特别是刨锤不得与碳钢混用，应采用不锈钢材料或在其表面堆焊不锈钢；(3)预热及热处理的设备完好，性能可靠，检测仪表在校准周期内。6.1.4施焊环境要求镍及镍合金焊接施工的环境条件应达到以下要求：(1)环境温度不低于0℃；(2)手弧焊时风速不大于8m／s，氩弧焊时风速不大于2m／s；(3)相对湿度不大于90％；(4)无雨、雪天气。6.2施工工艺6.2.1坡口型式及尺寸坡口型式见图1所示、坡口尺寸见表5所示。图1坡口型式来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询表5坡口尺寸6.2.2坡口清理及组对(1)焊接坡口及其两侧用专用砂轮或不锈钢丝刷将氧化层清除干净，并用丙酮和无水乙醇去除其表面油污、水分、灰尘等有害物质，防止硫、铅、磷或低熔点杂质混入熔敷金属中。(2)壁厚相同时，其内壁应做到平齐，内壁错边量要小于0.5mm。(3)当壁厚不同时，其内壁厚差0.5mm或外壁厚差大于2mm时，应按图2所示的要求加工。图2不同壁厚管子和管件的加工要求来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询6.2.3焊接方法(1)采用氩弧焊接管径小于等于3〃或壁厚小于6mm的对接焊缝；否则采用氩弧打底，焊条电弧焊填充盖面；(2)有熔透性要求的接管焊缝采用氩弧打底焊条电弧焊盖面，采用焊条弧焊焊接非熔透性接管焊缝。6.2.4定位焊(1)用实芯焊丝钨极氩弧焊进行定位焊接时，焊缝背面应进行充氩保护；(2)定位焊长度为l0～15mm，高2～4mm且不超过壁厚的2／3；(3)管道定位焊缝焊点数为2～5点，焊接前应将定位焊缝两端磨削成便于引弧的斜坡；(2)定位焊顺序应上下相应交错进行，点焊马鞍口时应先点焊尖角两点；(3)对口所用的挡板及具应与母材材质相同。6.2.5焊接要点(1)在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。(2)焊接镍及镍合金使用的氩气纯度不应低于99．99％。打底时，熔池前沿保持直径为2～3mm的小孔，焊丝以滴状过渡至熔池。(3)用角向磨光机或不锈钢钢丝刷彻底清理层间及表面，打磨和切割时不得与碳素钢混用，必须使用白刚玉砂轮片；(4)焊条电弧焊填充及盖面时，为了防止焊接飞溅损伤母材，在坡口两测大于lOOmm范围内的母材上涂以自垩粉；(5)管材及配件不得与碳钢混放，要用胶皮或石棉布垫放；(6)交叉作业时，要在管道的污染部位覆盖石棉布；(7)承插焊必须两遍成型；(8)为了防止焊接变形，当壁厚较大时，填平焊接宜选用对称焊接；(9)焊接完毕后，必须及时将焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。6.2.6热处理镍及镍基合金焊接一般情况下不需预热和热处理，只是在耐蚀堆焊时考虑适当的预热和热处理。6.2.7焊接注意事项及要求(1)焊条筒内必须存放同牌号的焊条，而且存放时间不得超过4小时；(2)各层各道的焊接接头要错开，层间清理要彻底；(3)禁止在非焊接部位引弧及电弧擦伤管材表面；(4)打底要控制好电弧，运弧及送丝要均匀，以保证焊缝根部熔合良好；(5)层内温度应小于1O0℃。6.2.8焊缝返修(1)清除缺陷后应将清除后的焊缝修磨成至少l：3的斜度；(2)采用砂轮机磨削清除缺陷，根部缺陷磨削的宽度应在4-5mm。缺陷清除后，应对返修部位进行坡口修理磨槽两侧的角度大于25。，磨槽两端的角度不小于45。；(3)焊缝返修后仍按原规定检验；(4)同一部位的返修次数不得超过两次，需要超次返修时，应制定措施并经来自中国月期刊网（）请登录网站进行查询施工单位技术总负责人批准；(5)应将焊接修补的部位、次数和检测结果作好记录存档。结束语总之，在镍及镍基合金焊接施工中，我们首先要做好焊前清理，在保证熔合良好的前提下，选用较小的焊接线能量，严格控制层间温度，选用较大的坡口角度和较小的钝边，尽量不使焊缝拉平或凹下。另外，在执行合适的焊接工艺的同时，还要在施工过程中严格管理，才能保证镍及镍基合金焊缝的焊接质量。参考文献：[1]杜敏.镍基合金焊接施工工艺综述[J].石油化工建设，2008，（4）.[2]万军.镍及镍基合金的焊接[J].锅炉制造，2004，（3）.[3]孙桂英.镍及镍基合金焊接施工工艺[J].化学工程与装备，2009，（4）.