開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)哈氏合金、高溫合金、鎳基合金

　　高壓換熱器的進(jìn)出口母材是 12Cr2Mo1.焊接前需要預(yù)熱，焊接后需要熱處理，大大增加了現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)備在出廠前在出入口堆放了一層 8mm 厚鎳合金材料，材料品牌 Inconel 625。鎳合金 Inconel 625 是美國(guó)品牌，屬于耐高溫、耐腐蝕材料，焊接難度大。本文以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工工藝為基礎(chǔ)，對(duì)鎳合金進(jìn)行了處理 Inconel 625 介紹焊接工藝。

　　1、 鎳合金材料的可焊性分析

　　鎳合金具有單向組織，焊接產(chǎn)生宏觀和微裂紋。故 Inconel 625 熱裂紋是焊接過(guò)程中最常見(jiàn)的缺陷。主要原因是硫、鉛、磷或低熔點(diǎn)金屬的混合導(dǎo)致晶間膜在高溫下嚴(yán)重脆化。特別是硫和磷共晶體的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于鎳鐵。低熔點(diǎn)共晶體的液體膜在焊縫結(jié)晶時(shí)殘留在晶體邊界。此外，焊接熱輸入大，使焊縫接頭過(guò)熱，產(chǎn)生粗粒。一些低熔點(diǎn)共晶體集中在粗柱狀晶粒的邊界上，強(qiáng)度低，脆性大，在焊接應(yīng)力的作用下容易形成熱裂紋。

　　孔隙是焊接過(guò)程中需要避免的另一個(gè)缺陷。鎳合金熔池厚，流動(dòng)性差。焊接快速冷卻時(shí)，容易產(chǎn)生孔隙。在熔化的液體鎳基合金中，氧氣、氫氣、氮?dú)?、二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w的溶解度大大降低，而固體溶解度大大降低。當(dāng)鎳基合金焊接過(guò)程從高溫變冷時(shí)，熔融金屬中氣體的溶解度也會(huì)下降。流動(dòng)性差的液態(tài)鎳在焊縫凝固前不能完全溢出游離氣體，形成氣孔。而且流動(dòng)性差也容易造成夾渣缺陷。

　　結(jié)晶裂紋屬于焊接熱裂紋，一般產(chǎn)生在固體和液相線的溫度范圍內(nèi)，即焊縫結(jié)晶的后期，因此得名。Inconel625焊接過(guò)程中的結(jié)晶裂紋非常敏感，主要是因?yàn)槲⒘吭亓?、磷、碳聚集在晶體邊界，碳促進(jìn)硫、磷分析，焊縫含有大量鎳，易與硫化合成硫化鎳，鎳和硫化鎳混合物的熔點(diǎn)僅為630℃在拉應(yīng)力的作用下，焊縫沿晶界開(kāi)裂，屬于低熔共晶，削弱了晶粒之間的相互作用。

　　消除Inconel625焊接中的結(jié)晶裂紋可采取多種措施：首先，焊接前清洗非常重要，用砂輪拋光或丙酮擦拭，去除表面氧化皮、油等污染物，避免硫、磷等雜質(zhì)混入熔池；其次，制定合理的焊接工藝參數(shù)，采用小焊接電流和焊接熱輸入；最后，可采用抗裂性好的焊接材料。

　　冷裂紋

　　與結(jié)晶裂紋相比，Inconel625焊接冷裂紋的傾向不大，因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中或焊接后沒(méi)有誘發(fā)冷裂紋：Inconel625氫含量非常罕見(jiàn)，加強(qiáng)氣體保護(hù)可有效減少熔融金屬中氫的擴(kuò)散；Inconel625碳含量低，淬硬傾向小，焊后成功抑制馬氏體轉(zhuǎn)化，而且Inconel625具有一定的塑性。焊接后冷卻到室溫或更低溫度時(shí)，其塑性能抵抗溫度降低引起的收縮應(yīng)力，避免冷裂紋。焊接后冷卻到室溫或更低溫度時(shí)，其塑性能抵抗溫度降低引起的收縮應(yīng)力，避免冷裂紋。

　　氣孔

　　鎳基合金Inconel625對(duì)氫氧形成的氣孔非常敏感。當(dāng)溫度從1720開(kāi)始時(shí)，氧在鎳中的溶解度會(huì)隨著溫度的降低而逐漸降低℃降為1470℃當(dāng)氧的溶解度從1.18%降低到0.06%時(shí)，沉淀的氧迅速與鎳結(jié)合形成氧化鎳。然而，液態(tài)鎳中的氫可以在熔合區(qū)附近恢復(fù)氧化鎳中的鎳，形成氣孔。

　　通過(guò)嚴(yán)格的焊前清洗和氣體保護(hù)，減少氣孔的產(chǎn)生。

　　2、 焊接方法

　　考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的特點(diǎn)，采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊填充蓋面。氬弧焊底部時(shí)，背面必須充氬，防止合金氧化。

　　3 、焊材選用

　　焊接材料的選擇應(yīng)根據(jù)化學(xué)成分、力學(xué)性能、使用條件和焊接條件進(jìn)行綜合考慮。鎳合金焊接應(yīng)選用與母材合金系統(tǒng)相同的焊接材料。

　　考慮到國(guó)內(nèi)部分廠家焊接材料質(zhì)量的不穩(wěn)定性，建議采用進(jìn)口焊接材料或上海電力、四川大西洋品牌焊接材料。

　　4、 焊材烘干

　　使用焊條前，應(yīng)按照焊條產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行干燥。應(yīng)儲(chǔ)存干燥的焊條 100～150℃在左右恒溫箱內(nèi)，焊工領(lǐng)取時(shí)，應(yīng)使用合格的保溫如果領(lǐng)取時(shí)間超過(guò) 4h，應(yīng)重新烘烤，但重新烘烤次數(shù)不得超過(guò) 2 二、焊條烘烤溫度。

　　5 、施工環(huán)境

　　在高溫管道施工過(guò)程中，焊接環(huán)境如下，必須采取有效的布、加熱等)。)，否則，禁止焊接。

　?。?） 環(huán)境溫度低于0℃；

　?。?） 手工焊接時(shí)，風(fēng)速大于 8m/ s；鎢氬弧焊時(shí)，風(fēng)速大于2m/ s；

　?。?） 空氣相對(duì)濕度大于90%；

　?。?） 雨雪天氣。

　　6 、施工準(zhǔn)備

　　6. 1 焊工要求

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行GB50236- 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范要求的內(nèi)容、方法和結(jié)果，焊工考試的組織、監(jiān)督、認(rèn)證和認(rèn)證必須按照《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試和管理規(guī)則》進(jìn)行。

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照合格的焊接工藝進(jìn)行考試，并取得相應(yīng)的資質(zhì)證書，方可承擔(dān)相應(yīng)的焊接工程施工。

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照合格的焊接工藝進(jìn)行考試，并取得相應(yīng)的資質(zhì)證書，方可承擔(dān)相應(yīng)的焊接工程施工。

　　6. 2 焊接工藝卡

　　現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，焊接工藝卡必須根據(jù)合格的焊接工藝接工藝卡，指導(dǎo)焊接施工。

　　6. 3 焊縫組對(duì)

　　(1) 焊縫坡口的形式和尺寸。

　　(2) 組對(duì)錯(cuò)邊量要求

　　管道或焊件組對(duì)齊時(shí)，內(nèi)壁應(yīng)平整，內(nèi)壁錯(cuò)邊量不得超過(guò)0. 5mm；外壁錯(cuò)邊量不得超過(guò) 1. 0mm。

　　(3) 定位焊接尺寸

　　焊縫定位焊接采用根部定位焊縫的形式，焊縫的長(zhǎng)度、厚度和間距應(yīng)保證焊縫在焊接過(guò)程中不開(kāi)裂。

　　焊縫背面應(yīng)充氮，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)為10~15mm，壁厚不得超過(guò) 2/ 3。

　　7 、焊接工藝

　　7. 1 焊前清理

　　鎳合金焊接裂紋的傾向可以增加鉛、硫、磷和一些低熔點(diǎn)元素。因此，焊件焊接前必須徹底清除這些雜質(zhì)。施工前，角磨機(jī)應(yīng)用于坡口內(nèi)外表面 50mm 清除油、漆、銹、垢、毛刺等雜物，無(wú)裂紋、夾層等缺陷。

　　7. 2 焊接工藝要求

　?。?） 焊接時(shí)，必須保證焊接的滲透性和熔合性，保證焊縫的質(zhì)量。在保證焊接滲透的前提下，盡量采用小線能、短電弧、無(wú)擺動(dòng)或小擺動(dòng)的操作方法。

　?。?） 焊縫多層焊接時(shí)，采用小電流多層焊接。層間溫度必須控制在100℃下面，層間檢查要仔細(xì)，清理要徹底，層間交錯(cuò)。

　　(3） 氬弧焊打底時(shí)，背面必須充氬保護(hù)，保護(hù)措施可采用局部充氬(坡口兩側(cè)貼水溶性)。管道充氬開(kāi)始時(shí)，流量適當(dāng)增加，管道內(nèi)空氣排出后可焊接。氬氣流量在焊接過(guò)程中逐漸減少，避免氬氣流量過(guò)大，管道壓力過(guò)高，導(dǎo)致焊縫背面凹陷或根部未焊接。

　　（4） 焊接時(shí)間層間溫度必須嚴(yán)格控制，紅外溫度計(jì)小于100℃只能進(jìn)行下一層焊接。

　?。?） 每層焊道必須在下一層焊接前清理；焊接后，及時(shí)清理焊縫表面的渣和飛濺。用角磨機(jī)清理焊接過(guò)程中的缺陷時(shí)，必須防止局部熱量過(guò)高引起熱裂紋。

　　（6） 由于線能要求小，鎢極氬弧焊后焊肉較薄。為保證焊接質(zhì)量，底部滲透檢查是否有裂紋。合格后，繼續(xù)焊接鎢極氬弧焊。鎢極氬弧焊三層后，清理焊縫表面的雜物，然后進(jìn)行滲透檢查。

　?。?） 焊接時(shí)應(yīng)保證引弧和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)填充弧坑。鎳合金焊接時(shí)，收弧處容易產(chǎn)生弧坑裂紋。收弧后，應(yīng)仔細(xì)檢查弧坑。若發(fā)現(xiàn)微裂紋，應(yīng)及時(shí)清除。

　　7. 3 焊接工藝參數(shù)

　　本工程采用的焊接工藝參數(shù)。

　　8 、焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)

　　（1） 符合外觀質(zhì)量要求 GB 50236- 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工驗(yàn)收規(guī)范及1998年SH/ T 3523- 1999年《石化鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金、鎳合金管道焊接規(guī)程》。

　?。?） 所有對(duì)接焊縫 100%射線探傷。

　?。?） Inconel625底焊、鎢極氬弧焊及全部焊接后，必須進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，全部合格后方可進(jìn)行下道工序。

　?。?） 實(shí)施無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/ T4730- 2005年承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)。

　　消應(yīng)力熱處理

　　堆焊一層后，需要消應(yīng)力熱處理，整體加熱620℃，爐內(nèi)保溫2小時(shí)后空冷。焊接殘余應(yīng)力可消除80%~90%，焊接后無(wú)熱處理。

　　9.焊接后的組織和性能

　　金相組織分析

　　Q345R基體、HAZ、熔合區(qū)和Inconel625堆焊層組織輪廓清晰，無(wú)裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。硝酸酒精對(duì)鐵素體的腐蝕性較弱，呈白色，滲碳體呈黑色，從A中可以觀察到整體Q345R以片層珠光體組織為基體。從HAZ在熔合區(qū)，鐵晶粒熱受焊接熱的影響。由于熔合線兩側(cè)碳化物形成元素的含量差異較大，特別是鉻和鉬的差異導(dǎo)致化學(xué)梯度較大，導(dǎo)致碳遷移到堆焊層。但堆焊層鎳含量高，能有效防止碳遷移，及時(shí)避免珠光體側(cè)碳層和焊縫側(cè)碳層的形成。堆焊層D為樹枝狀?yuàn)W氏體組織，表明液相溫度梯度小，固液界面前緣成分過(guò)冷，堆焊層與基體熔合良好，無(wú)分離。

　　10、硬度檢測(cè)

　　采用維氏硬度檢測(cè)方法，設(shè)定載荷100gf，壓力0.981N，壓制持續(xù)時(shí)間10S，平均硬度值分布見(jiàn)圖5。Inconel大量合金元素在625堆焊層中起著重要作用，顯著提高了焊縫的強(qiáng)度， HAZ組織部分粗化，但分布不嚴(yán)重不均勻，導(dǎo)致硬度高于基體，最終堆焊樣品硬度逐漸上升。

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