镍基合金INCONEL 625的焊接

镍基合金INCONEL 625的焊接

引言：在石油化工建设工程中，常会遇到镍基合金这种材料，因这种材料具有耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高、塑性好、可冷热变形和可加

工成型及可焊接的特点，广泛应用于石油化工中。例如：在安徽铜陵六国化工合成氨装置

气化工段中，就有这种材料，它的具体名称为INCONEL 625，用于输送氧气介质。

关键词：镍基合金焊接热裂纹

1 镍基合金INCONEL 625的化学成分及对焊接性能的影响

为了研究INCONEL 625的焊接，我们有必要对这种材料的化学成分进行了解。镍基合金INCONEL 625的化学成分见表1：

在Ni中添加Al、Cr、Fe、Mo、Ti能引起较强的固溶强化，Mo可改善镍基合金的高温强度，Nb 则可以稳定组织，细化晶粒，改善材料性能，Cr在Ni中的固溶范围约为35%～40%，而Mo在Ni中的固溶范围大约为20%。Cr、Mo等合金材料的添加不但增加其耐蚀性，而且对材料的焊接性能没有不利影响。添加Ti、Mn、Nb则可提高材料的抗热裂纹和减少气孔。Si在钢中是脱氧剂和抗氧化剂。而C的含量很小，因Ti和Nb的存在一般不会产生晶间腐蚀。

镍基合金的焊接性对S则较为敏感，S不溶于Ni，在焊接凝固时可形成低熔点的共晶体，易产生热裂纹。P在镍基合金中也会增加裂纹的敏感性。

2 镍基合金INCONEL 625的焊接特点

2.1 焊接热裂纹镍基合金INCONEL 625在焊接时具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。结晶裂纹最容易发生在焊道弧坑，形成火口裂纹。结晶裂纹多半沿焊缝中心线纵向开裂。液化裂纹则易出现在紧靠融合线的热影响区中，有的还出现在多层焊的前层焊缝中。高温失塑裂纹既可能出现在热影响区中，也可能发生在焊缝中。各种热裂纹有时是宏观裂纹，或宏观裂纹伴随微观裂纹，也有时仅仅是微观裂纹。热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展。2.2 污染物的影响焊件表面的清洁性是保证镍基合金INCONEL 625焊接质量的一个关键。焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。镍基合金INCONEL 625表面氧化皮的熔点比母材高得多，常常可能形成夹渣或细小的不连续的氧化物，S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb及As等凡是能和Ni形成低熔点共晶体的元素都是有害元素。这些有害元素大大增加了镍基合金焊接时的热裂纹倾向。这些元素常常存在于预制过程中使用的材料中，例如：油脂、油漆、测温笔和记号笔的墨水常含有这些元素。因此，在焊接前，必须彻底清除，包括坡口外50mm范围内均属于清除范围。

清除方法取决于污染物的种类，对于油脂类物质，可采用蒸汽脱脂，或用丙酮清洗。对于油漆类物质，可采用氯甲烷、碱液、甲醇清洗，也可采用打磨的方法清除。

2.3 焊接热输入的影响采用高热输入会使焊缝接头产生一定程度的退火，并伴随晶粒长大，而使组织发生相变，降低材料的机械性能。此外，高热的输入，还可能使晶相组织产生过度的偏析，碳化物沉淀并析出，从而引起热裂纹，并降低耐蚀性。

在选择焊接方法和焊接工艺时，必须考虑到这一点，因此，在实际操作时采用小电流，窄焊道，多层焊较为合理。

需要指出的是，有些镍基合金焊接加热后对靠近热影响区的焊缝组织会产生不良影响。例如Ni-Mo合金焊接后需通过退火处理来消除这种影响，恢复其耐蚀性。但对于INCONEL 625这种合金来说属于Ni-Cr-Mo合金, 象奥氏体不锈钢一样，镍基合金的显微组织也是奥氏体，固态情况下不发生相变，母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化，因此，镍基合金INCONEL 625不需要进行热

处理。

2.4 焊接工艺特性

（1）液态焊缝金属流动性差镍基合金的焊缝金属不像碳钢焊缝金属那样流动性好，而是显得更“粘稠”一些。即使增大焊接电流也不能改善其流动性，这是镍基合金的固有特性。焊接电流超过推荐范围不仅使熔池过热，增大发生热裂纹的敏感性，而且易使焊缝中的脱氧剂蒸发，出现气孔。焊条电弧焊时，较大的焊接电流，也会使焊条的焊芯发热，使药皮脱落，而失去保护。

由于焊缝金属流动性差，不宜流到焊缝两边使之更好地与母材熔合，因此，为获得良好的焊缝成形，需要采用摆动工艺，但这种摆动应是小摆动，摆动幅度宜为焊芯或焊丝直径的3倍，同时要兼顾到焊缝两边较好地与母材熔合，基于这种考虑，这就要求在坡口制作时，坡口的加工宽度要适当。在焊条摆动过程中，应注意到焊缝与母材的结合处，该处既容易出现咬边，也容易出现夹渣和未熔合，解决的办法是，当焊条运行到焊缝与母材的结合处时应稍作停顿，同时采用短弧操作。

（2）焊缝金属熔深浅这也是镍基合金的固有特性，这就要求在制作坡口时钝边的厚度要薄。

2.5 焊接方法的选择

根据中国焊接学会推荐的焊接方法，对于INCONEL 625这种材料采用以下焊接方法均可①SMAW （焊条电弧焊）、②GTAW（钨极气体保护电弧焊）、③GMAW（熔化极气体保护电弧焊）、④PAW（等离子弧焊）、⑤SAW（埋弧焊），现场可根据实际情况选择。

2.6 焊接材料的选择

采用气体保护焊时，应选用型号为ERNiCrMo-3的焊丝，其化学成分分别见表2

通过对比表1、表2和表3可以看出：焊丝、焊条的化学成分与母材的化学成分较为接近，可以选用。

3 焊接工艺

施工现场，镍基合金材料的焊接通常采用氩弧焊打底，焊条电弧焊填充和盖面来完成，以下分述其焊接工艺：

3.1 氩弧焊（钨极气体保护电弧焊）

3.1.1 保护气体推荐使用氩气，有助于清除或减少气孔，保护焊缝金属不被氧化。

3.1.2 钨极当焊接规范一定时，电极的形状影响焊缝的熔深和宽度。尖头的钨极可保持电弧的稳定和足够的熔深，通常使用的钨极圆锥角为30°～60°，尖端磨平，直径约0.4mm。

3.1.3 氩弧焊焊接工艺焊接电源采用直流，电极接负极。焊机通常装有高频电流以保证引弧，并装有电流衰减装置以便在收弧时逐渐减小火口尺寸。

为改善焊缝金属的抗裂性和减少气孔，焊丝中通常加入Ti、Mn、Nb等合金元素，因此，在焊接时，应使焊缝金属保证至少50%来源于焊丝的填充金属。焊接过程中应避免电弧搅动熔池，以保持熔池平静。

焊接过程中，焊丝加热端应始终处于保护气体中，以避免焊丝被氧化和由此引起焊缝金属的污染。焊丝应在熔池的前端进入熔池，以避免接触钨极。

保护气体流量应适中，因太大的气体流量可能会导致焊缝金属的快速冷却，因此，保护气体流

量宜控制在4～8L/min。

单面焊双面成型时（对于D≤600mm的管道），需要在管内输入保护气体。

3.2 焊条电弧焊焊接工艺

焊条应放在防潮的密封容器里，并置于干燥环境中储存。使用前应按制造说明书中规定的温度和时间烘干。

镍基合金的焊接工艺与奥氏体不锈钢的焊接工艺相似。由于镍基合金的熔深较浅以及液态焊缝金属的流动性差，在焊接过程中必须严格控制焊接参数的变化。镍基合金焊接时一般采用直流，焊条接正极。每一种类型及规格的焊条都有一个最佳的电流范围。表4给出了各种规格的镍基合金焊条的焊接电流参考值：

表4 镍基合金焊条焊接电流参考值

保证焊缝质量至关重要。电流太大，会造成电弧不稳、焊条过热而导致药皮脱落，并增大热裂纹倾向。

焊接时应尽量把焊缝调成平焊位置，焊接过程应始终保持短弧，当必须采用立焊或仰焊位置时，应采用细焊条和小电流，以便能很好地控制焊缝金属。

液态镍基合金的流动性较差，为防止焊缝产生未熔合和气孔等缺陷，焊接操作时要求摆动焊条，摆动幅度视具体情况而定，一般应充分覆盖前一遍焊缝与母材的结合线，但不宜超过3倍的焊芯直径，太宽的焊缝也会因热量过于分散而造成熔合不良、表面凹凸不平等缺陷。这就要求在坡口制作时宽度要适中。焊条每次摆动到最边缘时应稍作停顿，以消除咬边、夹渣等缺陷和使焊缝金属与母材充分融合。

4 结束语

通过对六国化工合成氨装置气化工段400多个达因口的焊接实践，说明了采用上述焊接工艺是完全可以保证焊接质量的，这从射线探伤合格率为96%的结果来看，就充分证明了这一点。

参考文献

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2. 陈祝年. 焊接工程师手册. 北京. 机械工业出版社，2002

3. 简明焊工手册编写组编. 简明焊工手册. 北京. 机械工业出版社，2000

4. 李亚江. 焊接材料的选用. 化学工业出版社. 2004

5. 吴树雄. 电焊条选用指南. 化学工业出版社. 2003

镍基焊条

基焊条 目录 镍基焊条的分类与用途 镍基焊材的选用 镍基合金焊条成份对比 镍基焊条的分类与用途 镍及镍合金焊条可分为五大类，即工业纯Ni、Ni-Cu、Ni-Cr-Fe、Ni-Mo 和Ni-Cr-Mo。每一类可分为一种或多种型号的焊条。这类焊条主要用于焊接镍或高镍合金，有时也可用于异种金属的焊接或堆焊. 镍基焊材的选用 镍基焊丝 镍基焊条图片 [1] ERNiCr-3 用于600，601以及800合金自身的焊接，及不锈钢和碳钢之间的异种钢焊接ERNiCrFe-7 用于焊接ASTM B163，166，167和168标准内的镍铬铁合金 ERNiCrFe-6 用于钢和镍铬铁合金的焊接，钢及不锈钢和镍基合金的焊接 ERNiCrCoMo-1 用于焊接镍铬钴钼合金及各种高温合金的异种焊接 ERNiCrMo-3 用于镍合金，碳钢，不锈钢和低合金钢的一种焊接，最主要用于625，601，802合金的焊接及9%镍合金的焊接 ERNi-CI 工业纯镍，用于可锻铸铁及灰口铸铁的焊接 ERCuNi 用于70/30，80/20，90/10铜镍合金的焊接 ERNiCu-7

用于焊接镍铜合金B127，163，164和165等 ERNi-1 用于纯镍铸件和锻件的焊接，如：ASTM B160，161，162，163标准内的合金 ERNiFeMn-CI 用于结节铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁和灰口铸铁自身的焊接或用于它们 与不锈钢,碳钢,低合金钢及各种镍合金的焊接 ERNiCrMo-4 用于镍铬钼合金自身的焊接,或镍铬钼合金和钢及大多数其它镍基合金的焊接 ERNiCrMo-11 用于镍铬钼合金自身的焊接,或镍铬钼合金和钢及大多数其它镍基合金的焊接,还可以用于镍铬钼合金和钢焊接焊缝的堆焊 ERNiCrMo-13 用于焊接低碳镍铬钼合金 镍基焊条 ENiCrMo-3 用于焊接镍铬钼合金,如625,800,801,825和600 ENiCrFe-3 用于镍铬铁合金自身的焊接及与碳钢的焊接 ENiCrFe-2 用于奥氏体钢,铁素体钢及高镍合金之间的异种焊接, 还可用于9%镍合金的焊接 ENiCu-7 主要用于镍铜合金自身及其与钢之间的异种焊接 ENiCrFe-7 用于690(UNS N06690)镍铬铁合金自身的焊接 ENiCrMo-4 用于焊接C-276合金及大多数其它镍基合金 ENiCrCoMo-1 用于焊接镍铬钴钼合金以及各种的高温合金间的异种焊接 ERCuNi 焊接锻造或铸造的70/30,80/20,90/10铜镍合金 ENiCrMo-13 用于焊接低碳镍铬钼合金 ENiCrMo-11 用于焊接低碳镍铬钼合金 纯镍焊条 A5.11 ENi-1 EL-NiTi3 ≥ 92 - - Ti2.5 - 焊接 200 、 201 镍合金以及镀镍钢板； - 钢与镍异种材料的焊接； - 钢的表面堆焊。

镍基合金管的性能化学成分

镍基合金管的性能、化学成分 以镍为基体,能在一些介质中耐腐蚀的合金,称为镍基耐蚀合金。此外,含镍大于30％,且含镍加铁大于50％的耐蚀合金,习惯上称为铁－镍基耐蚀合金(见不锈耐酸钢)。1905年美国生产的Ni-Cu合金(Monel合金Ni 70 Cu30)是最早的镍基耐蚀合金。1914年美国开始生产Ni-Cr-Mo-Cu型耐蚀合金(Illium R)，1920年德国开始生产含Cr约15％、Mo约7％的Ni-Cr-Mo型耐蚀合金。70年代各国生产的耐蚀合金牌号已近50种。其中产量较大、使用较广的有Ni-Cu,Ni-Cr,Ni-Mo，Ni-Cr-Mo(W)，Ni-Cr-Mo-Cu和Ni-Fe-Cr，Ni-Fe-Cr-Mo等合金系列,共十多种牌号。中国在50年代开始研制镍基和铁－镍基耐蚀合金，到70年代末，已有十多种牌号。 类别镍基耐蚀合金多具有奥氏体组织。在固溶和时效处理状态下，合金的奥氏体基体和晶界上还有金属间相和金属的碳氮化物存在，各种耐蚀合金按成分分类及其特性如下： Ni-Cu合金在还原性介质中耐蚀性优于镍,而在氧化性介质中耐蚀性又优于铜，它在无氧和氧化剂的条件下，是耐高温氟气、氟化氢和氢氟酸的最好的材料（见金属腐蚀）。 Ni-Cr合金主要在氧化性介质条件下使用。抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀，其耐蚀性随铬含量的增加而增强。这类合金也具有较好的耐氢氧化物（如NaOH、KOH）腐蚀和耐应力腐蚀的能力。 Ni-Mo合金主要在还原性介质腐蚀的条件下使用。它是耐盐酸腐蚀的最好的一种合金，但在有氧和氧化剂存在时，耐蚀性会显著下降。 Ni-Cr-Mo(W)合金兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。主要在氧化－还原混合介质条件下使用。这类合金在高温氟化氢气中、在含氧和氧化剂的盐酸、氢氟酸溶液中以及在室温下的湿氯气中耐蚀性良好。 Ni-Cr-Mo-Cu合金具有既耐硝酸又耐硫酸腐蚀的能力，在一些氧化-还原性混合酸中也有很好的耐蚀性。 什么是超级不锈钢？镍基合金？ 超级不锈钢、镍基合金是一种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢304不同，是指含高镍，高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上，与304相比，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。 由于这种特种不锈钢是一种高合金的材料，所以在制造工艺上相当复杂，一般人们只能依靠传统工艺来制造这种特种不锈钢，如灌注，锻造，压延等等。 在许多的领域中，比如 1，海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。 2，环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。 3，能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。 4，石油化工领域：炼油，化学化工设备等。 5，食品领域：制盐，酱油酿造等 在以上的众多领域中，普通不锈钢304是无法胜任的，在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。近几年来，随着经济的快速发达，随着工业领域的层次的不断提高，越来越多的项目需要档次更高的不锈钢。。。。。特种不锈钢（超级不锈钢、镍基合金）。

铜镍合金管焊接作业指导书

文件编号福建东南造船有限公司 质量/环境/职业健康安全/能源 综合管理体系 作业指导书第1/0版 FSES-WP-1810 共6页 铜镍合金管焊接 标记处 数 修改依据 修改人 日期 审批人 日期 生效 日期 修改记录栏 施王祥苏俊淼杨永彪林奇曾金柱2014.8.20 编写校对审核审定批准批准日期版本号：1修改号：0

甲居装课铜镍合金管焊接 FSES-WP-1810 版本号/修改号：1/0 共 6 页 修改纪录表 修改日期 版本/ 修改号 修改内容 修改 状态 修改人审批人 批准 日期

甲居装课铜镍合金管焊接 FSES-WP-1810 版本号/修改号：1/0 共 6 页 铜镍合金管焊接作业指导书 1．概述： 本作业指导书旨在对铜镍合金管焊接作业作出规定，使管子焊接质量达到规范要求。 2．适用范围： 本作业指导书适用于修、造船铜镍合金管子的焊接（t=1~3mm），采用手工钨极氩弧焊。 3．职责： 3．1 质量保证部负责检验管子焊接质量。 3．2 焊工负责管子施焊，并对其质量负责。 4．实施： 4．1总则： 4．1．1 焊条、保护气应符合有关标准的规定，焊条还应经船级社认可，所有材料均应有制造厂家的合格证。4．1．2 焊工应根据自己的考核资格级别进行合理的焊接工作。 4．2焊前准备： 4．2．1 焊接前应检查相关设备电、气、水等管线的完整性，有破损的要及时更换。 4．2．2 焊接场地应有足够的通风设备，以确保焊接时产生的废气烟尘能及时排放。

4．2．3 焊前应穿戴好劳动保护用品，如：防护服，口罩，面罩（护目镜），手套，绝缘鞋等。 4．2．5 清除焊接区域的油污、氧化物等对焊接有影响的附着物，废弃物等应分类集中处理。 4．2．6 焊前必须了解施焊管子的级别，厚度和施工工艺要求，以选用规定的焊材和选择适当的参数。 4．2．6 焊前应检查上道工序的装配质量是否符合图纸技术要求和焊接工艺要求。（管厚1.5~3mm，对接焊装配间隙<0.5mm）。 4．2．7 检查焊条是否受潮、受污等。若是，则应消除后方可施焊。 4．2．8 清除焊接区域的油污、氧化物等对焊接质量有影响的附着物。 4．2．9 用铝铂封住管口，装好向管内充气，按工艺要求的气流量和时间充气。 4．2．10 检查焊接设备的完好性，开通冷却水，调节气流量，按工艺要求调好焊接电流。 4．3焊接过程： 4．3．1采用高频引弧法在对接处引弧。每次引弧前都要检查喷嘴有否被氧化物堵塞及钨极端部的锥形是否完好。4．3．2采用短弧焊接，钨极尖端距溶池的距离与钨极直径相当，焊枪与管子切线方向的夹角约75o，焊条与钨

镍基焊条选用

镍基焊材的选用 镍基焊丝 镍基焊条图片 [1] ERNiCr-3 用于600，601以及800合金自身的焊接，及不锈钢和碳钢之间的异种钢焊接 ERNiCrFe-7 用于焊接ASTM B163，166，167和168标准内的镍铬铁合金 ERNiCrFe-6 用于钢和镍铬铁合金的焊接，钢及不锈钢和镍基合金的焊接 ERNiCrCoMo-1 用于焊接镍铬钴钼合金及各种高温合金的异种焊接 ERNiCrMo-3 用于镍合金，碳钢，不锈钢和低合金钢的一种焊接，最主要用于625，601，802合金的焊接及9%镍合金的焊接 ERNi-CI 工业纯镍，用于可锻铸铁及灰口铸铁的焊接 ERCuNi 用于70/30，80/20，90/10铜镍合金的焊接 ERNiCu-7 用于焊接镍铜合金B127，163，164和165等 ERNi-1 用于纯镍铸件和锻件的焊接，如：ASTM B160，161，162，163标准内的合金 ERNiFeMn-CI 用于结节铸铁,球墨铸铁,可锻铸铁和灰口铸铁自身的焊接或用于它们与不锈钢,碳钢,低合金钢及各种镍合金的焊接 ERNiCrMo-4 用于镍铬钼合金自身的焊接,或镍铬钼合金和钢及大多数其它镍基合金的焊接 ERNiCrMo-11 用于镍铬钼合金自身的焊接,或镍铬钼合金和钢及大多数其它镍基合金的焊接,还可以用于镍铬钼合金和钢焊接焊缝的堆焊 ERNiCrMo-13 用于焊接低碳镍铬钼合金 镍基焊条 ENiCrMo-3 用于焊接镍铬钼合金,如625,800,801,825和600 ENiCrFe-3 用于镍铬铁合金自身的焊接及与碳钢的焊接 ENiCrFe-2 用于奥氏体钢,铁素体钢及高镍合金之间的异种焊接, 还可用于9%镍合金的焊接 ENiCu-7 主要用于镍铜合金自身及其与钢之间的异种焊接 ENiCrFe-7 用于690(UNS N06690)镍铬铁合金自身的焊接 ENiCrMo-4 用于焊接C-276合金及大多数其它镍基合金 ENiCrCoMo-1 用于焊接镍铬钴钼合金以及各种的高温合金间的异种焊接 ERCuNi 焊接锻造或铸造的70/30,80/20,90/10铜镍合金 ENiCrMo-13 用于焊接低碳镍铬钼合金 ENiCrMo-11 用于焊接低碳镍铬钼合金纯镍焊条A5.11 ENi-1 EL-NiTi3 ≥ 92 - - Ti2.5 - 焊接200 、201 镍合金以及镀镍钢板；- 钢与镍异种材料的焊接；- 钢的表面堆焊。

Inconel600镍基合金焊接方案

1.1Inconel600镍基合金焊接方案 本工程中有Inconel600镍基合金管道36.8m，数量不多，但焊接要求严格。 由于气化装置是把煤转化水煤气等过程，整个系统是在较高温度和压力下操作，工艺介质中含有CO、CO2、H2S、H2、COS、NH2等可燃性、有毒介质，所以对管道材质要求较高。因此，我们特编写了镍合金管道的焊接方案，具体施工时将根据设计说明及技术要求再对本方案进一步的修改和补充。 1.1.1编制依据： 1) 《青海中浩60万吨/年甲醇项目建筑安装工程施工招标文件》； 2）《石油化工鉻镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》SH/T3525-199； 3）《现场设备、工业管道焊接工程施工验收规范》GB50236-1998； 4）《石油化工剧毒、可然介质管道工程施工及验收规范》SH3501。 1.1.2材料验收 焊接材料应有出厂质量证明书，其中焊条应符合《镍及镍合金焊条》GB/T13814的规定，焊丝应符合《镍及镍合金焊丝》GB/T15620的规定。 焊接材料应进行验收。验收合格后，应作好标示，入库储存。 焊接材料的储存、保管应符合下列规定： 焊材库必须干燥通风，库房内不得有有害气体和腐蚀介质。 焊接材料应存放在架子上，架子离地面的高度和墙壁的距离均不得小于300mm。 焊接材料应按种类、牌号、批号、规格和入库时间分类放置，并应有标示。 焊材库内应设置温度计和湿度计，保持库内温度不抵于5℃，相对湿度不大于60%。 焊接用的氩气纯度不应低于99.6%。 1.1.3焊前准备 管子切割及坡口加工宜采用机械方法，若采用等离子切割，应清理其加工面。 坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷。

铜铜合金焊接工艺(2)

铜铜合金焊接工艺(2) 铜及铜合金的焊接工艺(2) 铜具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性、延展性及一定的强度等特性。在电气、电子、化工、食品、动力、交通及航空航天工业中得到广泛应用。在纯铜（紫铜）中添加10余种合金元素，形成固溶体的各类铜合金，如加锌为黄铜；加镍为白铜；加硅为硅青铜；加铝为铝青铜等等。 铜及铜合金可用钎焊、电阻焊等工艺方法实现连接，在工业发达的今天、熔焊已占据主导地位。用焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等工艺方法容易实现铜及铜合金的焊接。 影响铜及铜合金焊接性的工艺难点主要有四项元素：一是高导热率的影响。铜的热导热率比碳钢大7~11倍，当采用的工艺参数与焊接同厚度碳钢差不多时，则铜材很难熔化，填充金属和母材也不能很好地熔合。二是焊接接头的热裂倾向大。焊接时，熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物，使铜及铜合金具有明显的热脆性，产生热裂纹。三是产生气孔的缺陷比碳钢严重得多，与要是氢气孔。四是焊接接头性能的变化。晶粒粗化，塑性下降，耐蚀性下降等。 1、紫铜的焊接 焊接紫铜的方法有气焊、手工碳弧焊、手工电弧焊和手工氩弧焊等方法，大型结构也可采用自动焊。 （1）紫铜的气焊 焊接紫铜最常用的是对接接头，搭接接头和丁字接头尽量少采用。气焊可采用两种焊丝，一种是含有脱氧元素的焊丝，如丝201、202；另一种是一般的紫铜丝和母材的切条，采用气剂301作助熔剂。气焊紫铜时应采用中性焰。 （2）紫铜的手工电弧焊 在手工电弧焊时采用紫铜焊条铜107，焊芯为紫铜（T2、T3）。焊前应清理焊接处边缘。焊件厚度大于4mm时，焊前必须预热，预热温度一般在400~500℃左右。用铜107焊条焊接，电源应采用直流反接。 焊接时应当用短弧，焊条不宜作横向摆动。焊条作往复的直线运动，可以改善焊缝的成形。长焊缝应采用逐步退焊法。焊接速度应尽量快些。多层焊时，必须彻底清除层间的熔渣。 焊接应在通风良好的场所进行，以防止铜中毒现象。焊后应用平头锤敲击焊缝，消除应力和改善焊缝质量。 （3）紫铜的手工氩弧焊 在紫铜手工氩弧焊时，采用的焊丝有丝201(特制紫铜焊丝)和丝202，也采用紫铜丝，如T2。 焊前应对工件焊接边缘和焊丝表面的氧化膜、油等脏物都必须清理干净，避免产生气孔、夹渣等缺陷。清理的方法有机械清理法和化学清理法。 对接接头板厚小于3mm时，不开坡口；板厚为3～10mm时，开V型坡口，坡口角度为60o~70o；板厚大于10mm时，开X型坡口，坡口角度为60o~70o；为避免未焊透，一般不留钝边。根据板厚和坡口尺寸，对接接头的装配间隙在0.5～1.5mm范围内选取。 紫铜手工氩弧焊，通常是采用直流正接，即钨极接负极。为了消除气孔，保证焊缝根部可靠的熔合和焊透，必须提高焊接速度，减少氩气消耗量，并预热焊件。板厚小于3mm时，预热温度为150~300℃；板厚大于3mm时，预热温度为350~500℃。预热温度不宜过高，否则使焊接接头的机械性能降低。 还有紫铜的碳弧焊，碳弧焊使用的电极有碳精电极和石墨电极。紫铜碳弧焊所用的焊丝和气焊时一样，也可用母材剪条，可用气焊紫铜的助熔剂，如气剂301等。

镍基合金复合管道焊接工艺的推广和应用

镍基合金复合管道焊接工艺的推广和应用 摘要： 镍基合金复合钢管具有良好的韧性、强度，以及耐各种形式腐蚀的性能，目前广泛应用于高压高含硫气田施工中。在普光气田安全隐患排查工程中，原料气管线全部更换为镍基合金复合管道，为提高功效保证焊接质量，该工程采用了新的焊接工艺（GTAW+P+MIG），依托本工程进行推广和应用。 关键字：镍基复合管；GTAW+P+MIG；背部充氩保护装置；焊接工艺 1、简介 镍基合金复合材料作为一种新型材料[1]，其同时兼具低合金钢的韧性和强度，及镍基合金全面的耐腐蚀性能，因而在高压高含硫气田施工中得到广泛的应用。普光气田作为高含硫气田，受条件限制，在建设初期并未采用镍基合金材料进行施工。 在2016年，普光净化厂原料气管线安全隐患治理工程中，设计将原料气管线进行材质升级，将原有管道更换成镍基合金复合钢管（Q245R+N08825），规格为φ711×（32+3）mm、φ610×（28+3）mm、φ508×（24+3）mm。 目前，镍基合金复合管道的焊接方法主要有GTAW（打底）+SMAW（填充、盖面）；TIP TIG焊打底、填充、盖面。该工程使用的镍基合金复合管材，因管径和基层厚度较大，采用GTAW（打底）+MIG（填充、盖面）的焊接方法。相比以上两种方法，该方法具有更高的焊接效率和焊接可靠性。经中石化第十建设公司进行焊接工艺评定，焊缝各项性能均满足设计要求。因此，本工程最终确定采用GTAW（打底）+MIG（填充、盖面）的焊接方法进行施工焊接。 2、施工机具准备 （1）焊接设备 氩弧焊：低频脉冲钨极氩弧焊（GTAW+P），设备型号山大奥太WSM-400。该设备能够实现焊接电流在恒流与脉冲之间的自由调节，在选用脉冲电流焊接时，通过调节基值、

材料论文Inconel718镍基高温合金分析与研究-午虎特种合金技术部

1.4 Inconel 718 化学成分 该合金的化学成分分为 3 类：标准成分、优质成分、高纯成分， 材料论文】 Inconel 718 镍基高温合金分析与研究 -午虎特种合金技术部 Inconel 718 概述 Inconel 718 合金是以体心四方的 γ " 和面心立方的 γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在 -253 ～ 700 ℃温度范围内具有良好的综合性能 ,650 ℃以下的屈服强度居变形高温合金的首 位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能 ,以及良好的加工性能、焊接性能和 长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温 度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及 组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程， 就能 获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。 供应的品种有锻件、 锻棒、轧棒、 冷轧棒、 圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构 件、机匣等零部件在航空上长期使用。 相近牌号 Inconel 718（ 美国 ）,NC19FeNb （ 法 国） 材料的技术标准 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953 《 航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317 《 航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611 《 航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993 《 转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《 航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 见表 1-1 。优质成分的在标准成分的基础上降碳增 铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源 和增 1.1 Inconel 718 材料牌号 Inconel 718 1.2 Inconel 718 1.3 Inconel 718 GJB 2612-1996

镍基合金INCONEL 625的焊接

镍基合金INCONEL 625的焊接 引言：在石油化工建设工程中，常会遇到镍基合金这种材料，因这种材料具有耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高、塑性好、可冷热变形和可加 工成型及可焊接的特点，广泛应用于石油化工中。例如：在安徽铜陵六国化工合成氨装置 气化工段中，就有这种材料，它的具体名称为INCONEL 625，用于输送氧气介质。 关键词：镍基合金焊接热裂纹 1 镍基合金INCONEL 625的化学成分及对焊接性能的影响 为了研究INCONEL 625的焊接，我们有必要对这种材料的化学成分进行了解。镍基合金INCONEL 625的化学成分见表1： 在Ni中添加Al、Cr、Fe、Mo、Ti能引起较强的固溶强化，Mo可改善镍基合金的高温强度，Nb 则可以稳定组织，细化晶粒，改善材料性能，Cr在Ni中的固溶范围约为35%～40%，而Mo在Ni中的固溶范围大约为20%。Cr、Mo等合金材料的添加不但增加其耐蚀性，而且对材料的焊接性能没有不利影响。添加Ti、Mn、Nb则可提高材料的抗热裂纹和减少气孔。Si在钢中是脱氧剂和抗氧化剂。而C的含量很小，因Ti和Nb的存在一般不会产生晶间腐蚀。 镍基合金的焊接性对S则较为敏感，S不溶于Ni，在焊接凝固时可形成低熔点的共晶体，易产生热裂纹。P在镍基合金中也会增加裂纹的敏感性。 2 镍基合金INCONEL 625的焊接特点 2.1 焊接热裂纹镍基合金INCONEL 625在焊接时具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。结晶裂纹最容易发生在焊道弧坑，形成火口裂纹。结晶裂纹多半沿焊缝中心线纵向开裂。液化裂纹则易出现在紧靠融合线的热影响区中，有的还出现在多层焊的前层焊缝中。高温失塑裂纹既可能出现在热影响区中，也可能发生在焊缝中。各种热裂纹有时是宏观裂纹，或宏观裂纹伴随微观裂纹，也有时仅仅是微观裂纹。热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展。2.2 污染物的影响焊件表面的清洁性是保证镍基合金INCONEL 625焊接质量的一个关键。焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。镍基合金INCONEL 625表面氧化皮的熔点比母材高得多，常常可能形成夹渣或细小的不连续的氧化物，S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb及As等凡是能和Ni形成低熔点共晶体的元素都是有害元素。这些有害元素大大增加了镍基合金焊接时的热裂纹倾向。这些元素常常存在于预制过程中使用的材料中，例如：油脂、油漆、测温笔和记号笔的墨水常含有这些元素。因此，在焊接前，必须彻底清除，包括坡口外50mm范围内均属于清除范围。 清除方法取决于污染物的种类，对于油脂类物质，可采用蒸汽脱脂，或用丙酮清洗。对于油漆类物质，可采用氯甲烷、碱液、甲醇清洗，也可采用打磨的方法清除。 2.3 焊接热输入的影响采用高热输入会使焊缝接头产生一定程度的退火，并伴随晶粒长大，而使组织发生相变，降低材料的机械性能。此外，高热的输入，还可能使晶相组织产生过度的偏析，碳化物沉淀并析出，从而引起热裂纹，并降低耐蚀性。 在选择焊接方法和焊接工艺时，必须考虑到这一点，因此，在实际操作时采用小电流，窄焊道，多层焊较为合理。 需要指出的是，有些镍基合金焊接加热后对靠近热影响区的焊缝组织会产生不良影响。例如Ni-Mo合金焊接后需通过退火处理来消除这种影响，恢复其耐蚀性。但对于INCONEL 625这种合金来说属于Ni-Cr-Mo合金, 象奥氏体不锈钢一样，镍基合金的显微组织也是奥氏体，固态情况下不发生相变，母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化，因此，镍基合金INCONEL 625不需要进行热

镍管焊接方案

纯镍管B162UNSN02200的现场焊接 1概述 镍与镍基耐蚀合金是化学、石油化工、冶金、航天、核工业领域中耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属结构材料，1997年，我们十一化建公司在平顶山尼龙66盐工程已二胺装置工艺管道的焊接中首次遇到了纯镍管，其材质为B162UNSN02200。管材由日本东洋公司提供，其管内介质为已二胺等工艺物料，共有管径1/2″~16″的各类对接焊口142道，壁厚范围2.9~6.35mm，另有角焊缝53道，管线总长63m。 2镍的理化性能分析 镍在常温时的晶体结构为面心立方晶格，其熔点及电阻率均低于碳素钢，镍与低碳钢的物理性质比较 学性能和抗腐蚀、抗氧化性能显著改善，但热导率和电阻率显著下降。若镍中混有的杂物较多，则在焊接时易于形成低熔点共晶物，使焊接性能下降，纯镍B162UNSN02200的化学成分及力学性能见表 纯镍管B162UNSN 纯镍管B162UNSN 3镍的焊接性能分析 和低碳钢、不锈钢的焊接相比，镍基材料的焊接有奥氏体不锈钢焊接发生的类似问题，如焊接热裂纹倾向、焊缝气孔等。 3．1焊接热裂纹 镍的热裂纹敏感性高，产生热裂纹的主要原因是合金凝固时有低点金属或低迷人点化合物的液态膜残留的晶界区，由于收缩应力的作用而发生开裂，由下表可以看出，铁和镍的二元共晶物中有许多低熔点共晶物和非金属共晶物，特别是硫、磷共晶物，它们的熔点与Ni、Fe相比低很多，这将大大助长热裂纹的产生。 3．2焊缝中的气孔倾向较大 纯镍固液相温度间距小、流动性偏低，同时O2、H2、CO2在液态镍中的溶解度较大（如O2在1720℃时溶解度为1.18%），但在冷却时显著减小（1470℃时O2溶解度为0.06%）。故此，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，极易产生焊缝气孔。和低碳钢、低合金钢相比，氧化性气氛对镍焊缝形成气孔的几率影响更大些，但在还原性较大时对氢气孔也是敏感的。

镍基合金焊接材料

镍基合金焊接材料 镍及镍合金焊条

产品名称：镍及镍基合金焊材 产品说明: Ni102镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≤0.03 Mn 0.6-1.1 Si≤1Ni≥92Fe≤0.5 Ti 0.7-1.2 Nb 1.8-2.3 S≤0.015P≤0.015 Ni112镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 相当于AWS：ENi-1 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≈0.04Mn≈1.5Ni≥92Fe≈3Ti≈0.5Nb≈1S≤0.015P≤0.015 Ni202镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：钛钙型药皮的Ni70Cu30蒙乃尔合金焊条，含适量的锰、铌，具有较好的抗裂性，焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，脱渣容易，焊接成形美观，采用交流或直流反接，采用直流反接。用途：用于镍铜合金与异种钢的焊接，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15 Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5 S≤0.015 P≤0.02Al≤0.75 Cu余量 Ni207镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：低氢型蒙乃尔合金焊条，具有良好的抗裂性和焊接工艺性能。 用途：用于焊接蒙乃尔合金焊条或异种钢，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5S≤0.015 P≤0.02 Cu余量 Ni307镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCrMo-0

铁镍基高温合金的焊接性及焊接工艺

铁镍基高温合金的焊接性及焊接工艺 一、焊接性 对于固熔强化的高温合金，主要问题是焊缝结晶裂纹和过热区的晶粒长大，焊接接头的“等强度”等。对于沉淀强化的高温合金，除了焊缝的结晶裂纹外，还有液化裂纹和再热裂纹；焊接接头的“等强度”问题也很突出，焊缝和热影响区的强度、塑性往往达不到母材金属的水平。 1、焊缝的热裂纹 铁镍基合金都具有较大的焊接热裂纹倾向，特别是沉淀强化的合金，溶解度有限的元素Ni和Fe，易在晶界处形成低熔点物质，如Ni—Si，Fe—Nb，Ni—B等；同时对某些杂质非常敏感，如：S、P、Pb、Bi、Sn、Ca等；这些高温合金易形成方向性强的单项奥氏体柱状晶，促使杂质偏析；这些高温合金的线膨胀系数很大，易形成较大的焊接应力。 实践证明，沉淀强化的合金比固熔强化合金具有更大的热裂倾向。 影响焊缝产生热裂纹的因素有： ①合金系统特性的影响。 凝固温度区间越大，且固相线低的合金，结晶裂纹倾向越大。如：N—155（30Cr17Ni15Co12Mo3Nb），而S—590（40Cr20Ni20Co20Mo4W4Nb4）裂纹倾向就较小。 ②焊缝中合金元素的影响。 采用不同的焊材，焊缝的热裂倾向有很大的差别。如铁基合金Cr15Ni40W5Mo2Al2Ti3在TIG焊时，选用与母材合金同质的焊丝，即焊缝含有γ／形成元素，结果焊缝产生结晶裂纹；而选用固熔强化型HGH113，Ni—Cr—Mo系焊丝，含有较多的Mo，Mo在高Ni合金中具有很高的溶解度，不会形成易熔物质，故也不会引起热裂纹。含Mo量越高，焊缝的热裂倾向越小；同时Mo还能提高固熔体的扩散激活能，而阻止形成正亚晶界裂纹（多元化裂纹）。 B、Si、Mn含量降低，Ni、Ti成分增加，裂纹减少。 ③变质剂的影响。 用变质剂细化焊缝一次结晶组织，能明显减少热裂倾向。 ④杂质元素的影响。 有害杂质元素，S、P、B等，常常是焊缝产生热裂纹的原因。 ⑤焊接工艺的影响。 焊接接头具有较大的拘束应力，促使焊缝热裂倾向大。采用脉冲氩弧焊或适当减少焊缝电流，以减少熔池的过热，对于提高焊缝的抗热裂性是有益的。 2、热影响区的液化裂纹 低熔点共晶物形成的晶间液膜引起液化裂纹。 A—286的晶界处有Ti、Si、Ni、Mo等元素的偏析，形成低熔点共晶物。 液膜还可以在碳化物相（MC或M6C）的周围形成，如Inconel718,铸造镍基合金B—1900和Inconel713C。 高温合金的晶粒粗细，对裂纹的产生也有很大的影响。焊接时常常在粗晶部位产生液化裂纹。因此，在焊接工艺上，应尽可能采用小焊接线能量，来避免热影响区晶粒的粗化。 对焊接热影响区液化裂纹的控制，关键在于合金本身的材质，去除合金中的杂质，则有利于防止液化裂纹。 3、再热裂纹 γ／形成元素Al、Ti的含量越高，再热裂纹倾向越大。 对于γ／强化合金消除应力退火，加热必须是快速而且均匀，加热曲线要避开等温时效的温度、时间曲线的影响区。 对于固熔态或退火态的母材合金进行焊接时，有利于减少再热裂纹的产生。 焊接工艺上应尽可能选用小焊接线能量，小焊道的多层焊，合理设计接头，以降低焊接结构的拘束度。

铜及铜合金的焊接性分析

铜及铜合金的焊接性分析 高导电用普通纯铜是铜的质量分数不低于99.7%，杂质含量极少。工业最常用的牌号是T1、T2和T3，外观呈紫红色，故又称为紫铜。其再结晶温度为200～280℃。 T1和T2是阴极重熔铜，含微量氧和杂质，具有高的导电、导热性，良好的耐腐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。主要用作导电、导热和耐腐蚀元器件，如电线、电缆、导电螺钉、壳体和各种导管等，航空工业多使用T2。 T3是火法精炼铜，含氧和杂质较多，具有较好的导电、导热、耐腐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。主要作为结构材料使用，如制作电器开关、垫圈、铆钉、管嘴和各种导管等；也用于不太重要的导电元件。 （1）焊接缺陷 1）未熔合与未焊透 铜导热性良好，焊接时易产生未熔合和未焊透。因此，焊接铜时应采用能量集中，相对功率较大的热源。 2）焊接变形 铜及铜合金的线膨胀系数(确定铜的线膨胀系数)大，液态凝固时的收缩率比铁大一倍以上，再加上铜的导热性能良好，使得焊接热影响区加宽，在工件厚度较薄或结构刚度较小，又无防止变形的措施时，工件焊后很容易产生较大的变形。（激光焊接时变形量的测量）当焊接接头受到较大的刚性约束时易产生焊接应力。 3）热裂纹 铜在液态时很容易被氧化生成氧化亚铜Cu 2O。Cu 2 O与Cu可生成熔点为

1060℃的共晶，与Pb生成熔点为326℃的Cu＋Pb共晶，与Bi生成熔点为270℃的共晶，与CuS生成熔点为1067℃共晶，这些共晶的熔点均低于紫铜1083℃的熔点。在结晶过程中，由于低熔点共晶体分布在枝晶间或晶界处，使铜和铜合金具有明显的热脆性，加上焊接应力的作用，极易产生热裂纹。 工业纯铜中常见的杂质元素有氧、硫、铅、铋、砷、磷等，其中氧的危害性最大。他们主要来自原材料及轧制和焊接的加工过程。其中铅和铋基本上不溶于铜，其含量应分别控制在0.03％和0.005％以内，Cu2O可溶于液态铜，但不溶于固态铜，故重要的结构含氧量应小于0.01％，焊接结构用紫铜含氧量应小 于0.03％，S小于0.0015％。 4）气孔 气孔是铜及铜合金焊接时常见的缺陷，紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。氢气孔的形成与氢在铜中的溶解度随温度下降突变有关。另一种气孔是由冶金反应生成的水蒸气和二氧化碳等，在焊接凝固时来不及逸出形成的。 5）焊接接头的塑性、导电性、耐蚀性 焊缝及热影响区受热循环后晶粒变粗，各种脆性的低熔点共晶出现在晶界，使塑性和韧性显著下降。为脱氧加入的锰、硅等元素，以及焊接过程中溶入的杂质和合金元素，都会不同程度的降低铜接头的导电性能。耐蚀性能的下降主要是有益元素如锌、镍、铝等的蒸发和烧损造成的。 焊接铜及铜合金时，尽量采用加热面积小、能量密度大、功率大的焊接方法。对于薄板来讲，最好采用钨极氩弧焊（原因），与激光焊接相比的可行性分析。

镍基合金复合管道焊接工艺的推广和应用修订稿

镍基合金复合管道焊接 工艺的推广和应用 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-

镍基合金复合管道焊接工艺的推广和应用 摘要： 镍基合金复合钢管具有良好的韧性、强度，以及耐各种形式腐蚀的性能，目前广泛应用于高压高含硫气田施工中。在普光气田安全隐患排查工程中，原料气管线全部更换为镍基合金复合管道，为提高功效保证焊接质量，该工程采用了新的焊接工艺（GTAW+P+MIG），依托本工程进行推广和应用。 关键字：镍基复合管；GTAW+P+MIG；背部充氩保护装置；焊接工艺 1、简介 镍基合金复合材料作为一种新型材料[1]，其同时兼具低合金钢的韧性和强度，及镍基合金全面的耐腐蚀性能，因而在高压高含硫气田施工中得到广泛的应用。普光气田作为高含硫气田，受条件限制，在建设初期并未采用镍基合金材料进行施工。 在2016年，普光净化厂原料气管线安全隐患治理工程中，设计将原料气管线进行材质升级，将原有管道更换成镍基合金复合钢管（Q245R+N08825），规格为φ711×（32+3）mm、φ610×（28+3）mm、φ508×（24+3）mm。 目前，镍基合金复合管道的焊接方法主要有GTAW（打底）+SMAW（填充、盖面）；TIP TIG焊打底、填充、盖面。该工程使用的镍基合金复合管材，因管径和基层厚度较大，采用GTAW（打底）+MIG（填充、盖面）的焊接方法。相比以上两种方法，该方法具有更高的焊接效率和焊接可靠性。经中石化第十建设公司进行焊接工艺评定，焊缝各项性能均满足设计要求。因此，本工程最终确定采用GTAW（打底）+MIG（填充、盖面）的焊接方法进行施工焊接。 2、施工机具准备 （1）焊接设备 氩弧焊：低频脉冲钨极氩弧焊（GTAW+P），设备型号山大奥太WSM-400。该设备能够实现焊接电流在恒流与脉冲之间的自由调节，在选用脉冲电流焊接时，通过调节基

镍及其合金与钢的焊接

镍及其合金与钢的焊接 一、镍与钢焊接时的主要问题 1、焊缝中容易产生气孔 镍及其合金与钢焊接时，液态金属中能溶解较多的氧，高温时氧与镍形成NiO，NiO与液态金属中的氢和碳发生下列反应： NiO+2H Ni+H2O —————————（1） NiO+C Ni+CO —————————（2） 所生成的水蒸气和一氧化碳在熔池凝固时如来不及逸出，便形成气孔。同时，在熔池冷却过程中，氮的溶解度也急剧降低，过剩的氮气来不及逸出，也形成气孔。 2号纯镍与3号钢埋弧焊的铁镍焊缝中气体含量和气孔数量的关系 氧对焊缝中气孔倾向影响重大。由上表可见，在氮和氢气含量变化不大的情况下，焊缝中含氧量越高，焊缝气孔数量越多。由于低碳钢熔化时，有较多的碳过渡到焊缝中，所以，低碳钢与镍焊接时，焊接中产生的CO气体，比纯镍焊接时高得多。依式（2）可见，钢中含碳量越高，或熔池中含氧量越多，焊缝气孔倾向越大。由图1a可以看出，当焊缝中镍含量为30~60%时，用氧化能力较强的低硅焊剂时的气孔体积比用无氧焊剂大5~6倍。 图1、埋弧焊焊缝含镍量和焊剂氧化能力对气孔和裂纹倾向的影响 a)气孔倾向b)热裂倾向1—低硅焊剂2—无氧焊剂 焊缝中镍含量，对气孔倾向也有很大影响。氧在液态镍中的溶解度大于在液态钢中的溶解度，而氧在固态镍中的溶解度却比在钢中小。因此，氧的溶解度在镍结晶时的突变，比在钢结晶时的突变更加明显。所以，如图1a所示，当焊缝中含15~30%Ni时的气孔倾向较小，而当镍含量大时，气孔倾向较大。但由于焊缝中的碳，主要是从低碳钢中熔入的，当焊缝中含镍量进一步提高到60~90%时，钢的熔入量必然降低，焊缝中含碳量减少，由式（2）可知，其气孔倾向便降低。 为防止钢与镍及镍合金焊缝产生气孔，可向焊缝中加入Mn、Cr、Mo、AI及Ti等元素。因为Mn、Ti 及AI具有强烈的脱氧作用，而Cr和Mn能提高气体在固态金属中的溶解度，AI和Ti还能把氮固定在稳定的化合物中。所以，镍与Cr18Ni10Ti钢焊缝的抗气孔能力比镍与3号钢焊缝高。

镍及镍基合金焊材选用

镍及镍基合金焊材选用 镍是一种用途广泛的重要有色金属，具有熔点高﹑耐腐蚀性好﹑力学性能优良等特性。镍基合金是含镍量大于50%并含有多良其他元素的合金，镍基比铁基能固熔更多的合金元素，所以镍基合金不但保持了镍的良好特性，有兼有合金化组分的良好特性，既可耐高温，又可耐腐蚀。工程上将其分为两大合金类型，即耐热用镍基合金(有称高温合金)和耐腐蚀用镍基合金。前者主要用于航空﹑航天等高温工作构件；后者则用于化学﹑石油﹑核工业等苛刻腐蚀环境。 ⑴镍基高温合金：它是以镍﹑铬固熔体为基体并天家多种合金元素进行固熔强化而得到的合金。焊接结构常用的镍基高温合金的强化机制分为固熔强化和时效沉淀强化两大类。固熔强化是加入Cr ﹑Co ﹑W﹑Mo﹑Nb﹑Ta 等元素，以提高原子间结合力，产生点阵畸变，阻止位错运动，提高再结晶度等来强化固熔体。这类合金具有优良的抗氧化性，塑性较高，易于焊接，但热强性相对较低。时效强化是在固熔强化的基础上，天家较多的Al﹑Ti﹑Nb﹑Ta 等元素，他们与镍结合成共格稳定﹑成分复杂的金属间化合物，使合金的热强性大大提高。但是，Al﹑Ti ﹑Nb等元素的加入使焊接性变差，故这类元素的加入 总量宜限制在6%以下。固熔强化和时效强化的形变镍基高温合金牌号有30 个左右，如GH3030 ( Ni-20Cr-0.25Ti )﹑GH4033(Ni-20Cr-2.5Ti-0.8Al) 等。焊接时有可能产生凝固﹑液化裂纹或应变时效裂纹，Al ﹑Ti 等时效强化元素越多，裂纹敏感性越大。 ⑵镍基耐蚀合金：为提高镍基耐蚀合金的耐腐蚀性能，也加入Cr﹑W﹑Mo等合金元素；且要求碳量 越低越好；Ti ﹑Nb 等含量较低，主要作用是抑制碳的有害影响，以提高耐腐蚀性能，这均是与高温合金的重要区别。我国的耐腐蚀合金牌号标准见GB/T15007-1994 。镍基耐腐蚀合金也有固熔和沉淀两种强化 方式，但成分类型与镍基高温合金不同，有如下几种类型；Ni 系，近于纯镍，如Ni200 等；Ni-Cu 系，如蒙乃尔 ( monel) 400(66Ni31Cu);Ni-Cr 系和Ni-Cr-Fe 系，如因康镍( Inconel )600(76Ni15Cr8Fe) ﹑因康镍 718(53Ni19Cr3Mo5Nb18Fe);Ni-Fe-Cr 系，如因康洛依( Incoloy ) 800(32Ni46Fe21Cr);Ni-Mo 系和Ni-Cr-Mo 系，如哈斯特洛依( Hastelloy ) C (64Ni16Cr16Mo4W);Ni-Cr-Mo-Cu 系，含Cu 在3%以上。镍基耐蚀合金在焊接时可能产生热裂纹﹑焊缝气孔等问题，有的合金烈性(如Ni-Cr ﹑Ni-Mo﹑Ni-Cr-Mo 系)焊接接头还存在晶间腐蚀和应力腐蚀问题。 镍基合金具有耐活泼性气体﹑耐苛性介质﹑耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又经验有强度高﹑塑性好﹑可冷热变形和加工成型及可焊接的特点，因此，广泛应用于石油化工﹑冶金﹑原子能﹑海洋开发﹑航空﹑航天等工业中，解决一般不锈钢和其他金属﹑非金属材料无法解决的工程腐蚀问题，是一类非常重要的耐腐蚀金属材料。 镍基及铁镍基耐腐蚀合金的化学成分列于表1，哈氏系列耐腐蚀合金化学成分典型值列于表 2。

镍基合金焊接材料(参考模板)

镍基合金焊接材料 · 产品名称：镍及镍基合金焊材 · 产品说明: Ni102镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≤0.03 Mn 0.6-1.1 Si≤1Ni≥92Fe≤0.5 Ti 0.7-1.2 Nb 1.8-2.3 S≤0.015P≤0.015 Ni112镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 相当于AWS：ENi-1 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≈0.04Mn≈1.5Ni≥92Fe≈3Ti≈0.5Nb≈1S≤0.015P≤0.015 Ni202镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：钛钙型药皮的Ni70Cu30蒙乃尔合金焊条，含适量的锰、铌，具有较好的抗裂性，焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，脱渣容易，焊接成形美观，采用交流或直流反接，采用直流反接。 用途：用于镍铜合金与异种钢的焊接，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5 S≤0.015 P≤0.02Al≤0.75 Cu余量 Ni207镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：低氢型蒙乃尔合金焊条，具有良好的抗裂性和焊接工艺性能。 用途：用于焊接蒙乃尔合金焊条或异种钢，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5S≤0.015 P≤0.02 Cu余量 Ni307镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCrMo-0 说明：低氢型Ni70Cr15耐热耐蚀合金焊条，焊缝中有适量的钼、铌等合金元素，熔敷金属具有良好的抗裂性，采用直流反接。 用途：用于焊接有耐热、耐蚀要求的镍基合金，也可用于一些难焊合金、异种钢的焊接及堆焊。