Inconel625低碳鎳鉻鉬鈮合金的焊接性分析

1、Inconel625低碳鎳鉻鉬鈮合金的焊接性分析昆明冶研新材料股份有限公司 潘喜順 摘 要 Inconel625低碳鎳鉻鉬鈮合金是一種對(duì)各種腐蝕介質(zhì)都具有優(yōu)良的耐蝕性。尤其具有優(yōu)秀的耐無機(jī)酸腐蝕能力，焊接性不好，易產(chǎn)生熱裂紋。在氯化物介質(zhì)中具有出色的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和侵蝕的性能。因其應(yīng)用特殊，故材料成本較高。關(guān)鍵詞 Inconel625低碳鎳鉻鉬鈮合金 焊接性 分析1 625鎳合金材料的特性分析625合金材料是一種對(duì)各種腐蝕介質(zhì)都具有優(yōu)良耐蝕性的低碳鎳鉻鉬鈮合金，簡稱625鎳合金。1.1 625合金的化學(xué)成分合金%鎳鉻鉬鈮鉭鐵鋁鈦碳錳硅銅磷硫625最小582083.15 最大 231

2、04.1550.40.40.10.50.50.50.0150.0151.2 625鎳合金的物理性能: 密度8.4 g/cm3熔點(diǎn)1290-13501.3 625鎳合金的金相結(jié)構(gòu)625為面心立方晶格結(jié)構(gòu)。當(dāng)在約650保溫足夠長時(shí)間后，將析出碳顆粒和不穩(wěn)定的四元相并將轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。固溶強(qiáng)化后鎳鉻矩陣中的鉬、鈮成分將提高材料的機(jī)械性能，但塑性會(huì)有所降低。1.4 625鎳合金的機(jī)械性能 產(chǎn)品規(guī)格mm抗拉強(qiáng)度N/mm20.2%屈服強(qiáng)度N/mm2延伸率A5%硬度HB板、帶材（冷軋）83041530150-220板材（熱軋）70760380棒材100830415>

3、;10076034525管材830415301.5 625鎳合金的牌號(hào)中國牌號(hào)：GH3625/GH625美國牌號(hào)：Inconel 625/UNS NO6625法國牌號(hào)：NC22DNb德國牌號(hào)：W.Nr.2.48561.6 625鎳合金的基本特性（1）對(duì)氧化和還原環(huán)境的各種腐蝕介質(zhì)都具有非常出色的抗腐蝕能力（2）優(yōu)秀的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力，并且不會(huì)產(chǎn)生由于氯化物引起的應(yīng)力腐蝕開裂（3）優(yōu)秀的耐無機(jī)酸腐蝕能力，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸以及硫酸和鹽酸的混合酸等（4）耐各種無機(jī)酸混合溶液腐蝕的能力（5）40時(shí)，在各種濃度的鹽酸溶液中均能表現(xiàn)出很好的耐蝕性能（6）有良好的加工性和焊接性，無焊后開裂敏

4、感性（7）溫在-196450的壓力容器的制造認(rèn)證（8）腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證（MR-01-75）符合酸性氣體環(huán)境使用的最高標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)VII2 625鎳合金的應(yīng)用環(huán)境分析 625鎳合金在很多介質(zhì)中都表現(xiàn)出極好的耐腐蝕性。在氯化物介質(zhì)中具有出色的抗點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和侵蝕的性能。具有很好的耐無機(jī)酸腐蝕性，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸等，同時(shí)在氧化和還原環(huán)境中也具有耐堿和有機(jī)酸腐蝕的性能。有效的抗氯離子還原性應(yīng)力腐蝕開裂。在海水和工業(yè)氣體環(huán)境中幾乎不產(chǎn)生腐蝕，對(duì)海水和鹽溶液具有很高的耐腐蝕性，在高溫時(shí)也一樣。焊接過程中無敏感性。在靜態(tài)或循環(huán)環(huán)境中都具有抗碳化和氧化性，并且耐含氯的氣體腐蝕。

5、軟化退火后的低碳合金廣泛的應(yīng)用于化工流程工業(yè)，較好的耐腐蝕性和高強(qiáng)度使之能作為較薄的結(jié)構(gòu)部件。可以應(yīng)用于接觸海水并承受高機(jī)械應(yīng)力的場合。   典型應(yīng)用領(lǐng)域： （1） 含氯化物的有機(jī)化學(xué)流程工藝的部件，尤其是在使用酸性氯化物催化劑的場合  （2）用于制造紙漿和造紙工業(yè)的蒸煮器和漂白池 （3）煙氣脫硫系統(tǒng)中的吸收塔、再加熱器、煙氣進(jìn)口擋板、風(fēng)扇（潮濕）、攪拌器、導(dǎo)流板以及煙道等 （4）用于制造應(yīng)用于酸性氣體環(huán)境的設(shè)備和部件   （5）乙酸和乙酐反應(yīng)發(fā)生器  （6）硫酸冷

6、凝器3 625鎳合金材料的可焊性分析3.1 可焊性分析625鎳合金具有單向組織，焊接會(huì)產(chǎn)生焊縫的宏觀裂紋和微裂紋。故 Inconel 625 焊接時(shí)最常出現(xiàn)的缺陷是熱裂紋，主要原因是由于硫、鉛、磷或低熔點(diǎn)金屬混入，形成晶間薄膜引起高溫下嚴(yán)重脆化而引起的，特別是硫、磷共晶物熔點(diǎn)比鎳鐵低很多，在焊縫結(jié)晶時(shí)低熔點(diǎn)共晶物的液態(tài)膜殘留在晶界區(qū)。另外焊接熱輸入大，使焊縫接頭過熱產(chǎn)生粗大晶粒。在粗大的柱狀晶粒邊界上集中了一些低熔點(diǎn)共晶體(熔點(diǎn)1435)，共晶體處于晶粒邊界，它們的強(qiáng)度低、脆性大，在較高焊接殘余應(yīng)力的作用下很容易形成熱裂紋。有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生顯微裂紋，這種裂紋用一般的X射線探傷儀不易檢測到，因此應(yīng)引

7、起足夠的重視。焊接時(shí)還需避免的另一缺陷是氣孔，鎳合金熔池稠，流動(dòng)性差，在焊接快速冷卻時(shí)，極易產(chǎn)生氣孔，氧氣、氫氣、氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳?xì)怏w在熔化的液態(tài)鎳基合金中溶解度極大，而在固態(tài)下溶解度大大減小，鎳基合金焊接過程從高溫變冷時(shí)，氣體在熔敷金屬中的溶解度也隨之下降。游離出來的氣體在流動(dòng)性差的液態(tài)鎳中不能在焊縫凝固前完全溢出而形成氣孔，氣孔的部位往往在熔合線附近。此外，焊縫和熱影響區(qū)基體金屬有過熱傾向，鎳的熱導(dǎo)率低，電阻率大，在不適當(dāng)?shù)暮附訜嵫h(huán)作用下，焊縫和熱影響區(qū)基體金屬易過熱，引起晶粒長大傾向，從而降低了焊接接頭的力學(xué)性能和耐蝕性能。晶粒粗大后用一般的熱處理工藝是無法改善的。綜上分析，鎳

8、合金合金鋼的可焊性不是很好，焊接時(shí)應(yīng)采取合理的焊接工藝和相應(yīng)措施避免出現(xiàn)熱裂紋、氣孔等缺陷。3.2 焊接方法考慮到現(xiàn)場施工特點(diǎn)，焊接時(shí)采用鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊填充蓋面的方法。氬弧焊打底時(shí)，為防止合金元素被氧化，背面必須充氬保護(hù)。3.3 焊材選用焊材選用根據(jù)焊件的化學(xué)成分、力學(xué)性能、使用條件和施焊條件進(jìn)行綜合考慮。625鎳合金的焊接，宜選用和母材合金系統(tǒng)相同的焊接材料，焊材選用(見表 3)。Inconel625推薦使用以下焊接材料：氣體保護(hù)焊接工藝 Nicrofer S 6020 FM625W.-Nr. 2.4831SG-NiCr21Mo9NbAWS A 5.14 ERNiCrMo-3BS

9、 2910 NA 43手工氬弧焊 W.-Nr. 2.4621EL-NiCr20Mo9NbAWS A 5.11 ENiCrMo-3手工電弧焊TiO2-CaF2-Na3AlF6渣系焊條TiO2-CaO2-CaF2渣系焊條IN12 ENCM-3（AWS AS.11M/SFA-5.11）焊條W86112 焊條考慮到國內(nèi)部份生產(chǎn)廠家焊材質(zhì)量的不穩(wěn)定性，建議采用進(jìn)口焊材或上海電力、四川大西洋品牌的焊材。3.4 焊材烘干焊條使用前應(yīng)按焊條產(chǎn)品說明書進(jìn)行烘干。烘干后的焊條應(yīng)儲(chǔ)存在 100150左右的恒溫箱內(nèi)，焊工領(lǐng)用時(shí)，應(yīng)用合格保溫筒領(lǐng)取，如領(lǐng)用時(shí)間超過 4h，應(yīng)重新烘烤，但重新烘烤次數(shù)不得超過 2 次。焊條

10、烘烤溫度(見表 4)。3.5 施工環(huán)境高溫管道施工時(shí)，焊接環(huán)境出現(xiàn)如下情況時(shí)，必須采用有效保護(hù)措施（如篷布，加熱等），方可施焊，否則禁止施焊。（1） 環(huán)境溫度低于0；（2） 手工焊時(shí)，風(fēng)速大于 8m/ s；鎢級(jí)氬弧焊時(shí)，風(fēng)速大于2m/ s；（3） 空氣相對(duì)濕度大于90；（4） 雨、雪天氣。3.6 施工準(zhǔn)備3.6.1 焊工要求根據(jù)有關(guān)規(guī)定要求，焊接鎳基材料的焊工須按GB50236- 1998現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范中要求的內(nèi)容、方法和結(jié)果進(jìn)行考試，須按鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則進(jìn)行焊工考試的組織、監(jiān)督、發(fā)證和持證焊工的管理。焊接鎳基材料的焊工必須按評(píng)定合格的焊接工藝進(jìn)行

11、考試，考試合格并取得相應(yīng)的資質(zhì)證方可承擔(dān)相應(yīng)焊接工程的施工。3.6.2 焊接工藝卡現(xiàn)場施焊時(shí)，必須依據(jù)合格的焊接工藝評(píng)定制訂焊接工藝卡，指導(dǎo)焊接施工。3.6.3 焊縫組對(duì)(1) 對(duì)接焊縫坡口形式及尺寸（見圖 1）。(2) 組對(duì)錯(cuò)邊量要求管道或焊件組對(duì)時(shí)，內(nèi)壁應(yīng)平齊，內(nèi)壁錯(cuò)邊量不宜超過0. 5mm；外壁錯(cuò)邊量不宜超過 1. 0mm。(3) 定位焊接尺寸焊口定位焊接采用根部定位焊縫形式，定位焊的焊縫長度、厚度、間距，應(yīng)能保證焊縫在焊接過程中不開裂。若用實(shí)芯焊絲鎢級(jí)氬弧焊進(jìn)行定位焊，則焊縫背面應(yīng)進(jìn)行充氮保護(hù)；焊縫的長度宜為1015mm，且不超過壁厚的 2/ 3。3.6.4 焊前注意事項(xiàng)（1）鎳及鎳合

12、金的導(dǎo)熱性差，焊接時(shí)容易過熱引起晶粒大，因此焊接操作時(shí)應(yīng)選用較小和焊接電流，焊條最好不橫向擺動(dòng)，收尾時(shí)注意填滿弧坑以及保持較低的層間溫度。（3）鎳非常容易被硫和鉛脆化，形成熱裂紋，所以除必須嚴(yán)格控制焊條的硫、鉛等含量外，焊前應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真清理，除去母材表面的油污、油漆、灰塵等臟物。（4）鎳及鎳合金焊接時(shí)氣孔敏感性強(qiáng)，因此焊條中含有適量的鉛、鈦、錳、鎂等脫氧劑，操作時(shí)注意控制電弧的長度。4 625鎳合金焊接工藝4.1 焊前清理鉛、硫、磷和某些低熔點(diǎn)元素能增加鎳合金焊接裂紋傾向，因此，在焊件焊接前，必須完全清除這些雜質(zhì)。施工前用角向磨光機(jī)把坡口內(nèi)外兩側(cè)表面 50mm 范圍內(nèi)的油、漆、銹、垢、毛刺等雜物

13、清除干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷。4.2 防止產(chǎn)生氣孔的措施（1） 選用含鋁、鈦、鈮、錳等脫氧元素的焊絲，一降低焊縫金屬中氧的含量。（2） 施焊時(shí)盡量縮短電弧長度，一般控制在1.0mm-1.5mm間。4.3 焊接工藝要求（1） 焊接時(shí)必須保證焊透和熔合性，保證焊縫質(zhì)量，為了減少熱裂紋，在保證焊透的前提下，盡量采用小的線能量、短電弧，不擺動(dòng)或小擺動(dòng)的操作方法。（2） 焊縫多層焊時(shí)，采用小電流多層多道焊。層間溫度須控制在100以下，層間檢查要仔細(xì)、清理要徹底，各層各道之間應(yīng)相互錯(cuò)開。(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（坡口兩內(nèi)側(cè)貼水溶性）（見圖 2）。管道充氬開始時(shí)流

14、量適當(dāng)加大，待管內(nèi)空氣排干凈后方可施焊。焊接時(shí)氬氣流量逐步降低，避免氬氣流量偏大，管內(nèi)壓力偏高而造成焊縫背面在成型時(shí)出現(xiàn)內(nèi)凹或根部未焊透現(xiàn)象。（4） 焊接時(shí)層間溫度必須嚴(yán)格控制，測量采用紅外測溫儀，低于100時(shí)方可進(jìn)行下一層焊接。（5） 每一層焊道必須清理干凈方可進(jìn)行下一層焊接；焊后及時(shí)將焊縫表面的熔渣和飛濺清理干凈，焊接過程中缺陷清理用角向磨光機(jī)打磨時(shí)，必須防止局部熱量過高而產(chǎn)生熱裂紋。（6） 由于線能量要求小，采用鎢極氬弧焊打完底后，焊肉較薄，為保證焊接質(zhì)量，打完底后先做滲透檢查看是否有裂紋，合格后繼續(xù)用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，待采用鎢極氬弧焊焊完三層后再做滲透檢查，合格后方可用焊條電弧焊進(jìn)行

15、焊接，焊接完畢后清理干凈焊縫表面雜物，再進(jìn)行滲透檢查。（7） 焊接中應(yīng)確保引弧和收弧質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿。鎳合金焊接時(shí)，在收弧處易產(chǎn)生弧坑裂紋，收弧后應(yīng)仔細(xì)檢弧坑處，發(fā)現(xiàn)有微裂紋應(yīng)打磨除去。(8) 弧焊蓋面采用直流正接，ENCM-3焊條適合全位置焊接，運(yùn)條時(shí)，焊條手工電橫向擺動(dòng)不能過大，盡量連弧操作，接頭時(shí)注意產(chǎn)生弧坑裂紋，收尾用鋼板過度連接。4.4 焊接工藝參數(shù)本項(xiàng)目采用的焊接工藝參數(shù)（見表 5）。5 焊接接頭檢驗(yàn)與分析5.1 檢查要求（1） 外觀質(zhì)量要求符合 GB 50236- 1998現(xiàn)場設(shè)備工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范與SH/ T 3523- 1999石油化工鉻鎳奧氏體鋼，鐵鎳合

16、金和鎳合金管道焊接規(guī)程相關(guān)要求。（2） 所有對(duì)接焊縫 100射線探傷。（3） Inconel625打底焊后、鎢極氬弧焊焊完后和全部焊接完畢后，必須做100滲透檢測，全部合格后，方可進(jìn)行下一道工序。（4） 執(zhí)行無損檢測標(biāo)準(zhǔn)：JB/ T4730- 2005承壓設(shè)備無損檢測。5.2 焊接缺陷處理（1） 返修焊縫缺陷的清理，采用角向磨光機(jī)打磨，不允許用碳弧氣刨清理缺陷，并修整成適合補(bǔ)焊的形狀，確認(rèn)缺陷已消除后方可補(bǔ)焊。（2） 返修時(shí)用鎢級(jí)氬弧焊，并采用已經(jīng)評(píng)定合格的工藝參數(shù)進(jìn)行施焊。（3） 返修部位應(yīng)按原檢測方法進(jìn)行檢驗(yàn)，其質(zhì)量要求與原焊縫相同。（4） 同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次，超過返修應(yīng)制訂措施，經(jīng)施工單位技術(shù)總負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。6 結(jié)語鎳基合金具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和耐蝕性能，在 2001900范圍內(nèi)能抗各種介質(zhì)的侵蝕，同時(shí)具有良好的高溫和低溫力學(xué)性能，但由于價(jià)格昂貴因此多用于母材表面堆焊。本裝置高壓換熱設(shè)備的高溫高壓焊口經(jīng)過焊前的精心準(zhǔn)備、嚴(yán)格的施工過程控制、合理的焊接工藝，以及管道合理組對(duì)、安裝，整體安裝質(zhì)量非常理想，共射線檢測鎳基材料焊口 12 道，拍片 72 張，出現(xiàn)不合格片 1 張，合格率為 98. 6，成功地完成了鎳基材料組對(duì)焊接任務(wù)，為以后同類材質(zhì)的焊接積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1 TSG R0004- 2009固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程