開發優質哈氏合金、高溫合金、鎳基合金

　　高壓換熱器的進出口母材是 12Cr2Mo1.焊接前需要預熱，焊接后需要熱處理，大大增加了現場焊接施工的難度。為了解決這個問題，設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 是美國品牌，屬于耐高溫、耐腐蝕材料，焊接難度大。本文以現場實際施工工藝為基礎，對鎳合金進行了處理 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，焊接產生宏觀和微裂紋。故 Inconel 625 熱裂紋是焊接過程中最常見的缺陷。主要原因是硫、鉛、磷或低熔點金屬的混合導致晶間膜在高溫下嚴重脆化。特別是硫和磷共晶體的熔點遠低于鎳鐵。低熔點共晶體的液體膜在焊縫結晶時殘留在晶體邊界。此外，焊接熱輸入大，使焊縫接頭過熱，產生粗粒。一些低熔點共晶體集中在粗柱狀晶粒的邊界上，強度低，脆性大，在焊接應力的作用下容易形成熱裂紋。

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

　　結晶裂紋屬于焊接熱裂紋，一般產生在固體和液相線的溫度范圍內，即焊縫結晶的后期，因此得名。Inconel625焊接過程中的結晶裂紋非常敏感，主要是因為微量元素硫、磷、碳聚集在晶體邊界，碳促進硫、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僅為630℃在拉應力的作用下，焊縫沿晶界開裂，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、磷等雜質混入熔池；其次，制定合理的焊接工藝參數，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

　　與結晶裂紋相比，Inconel625焊接冷裂紋的傾向不大，因為在焊接過程中或焊接后沒有誘發冷裂紋：Inconel625氫含量非常罕見，加強氣體保護可有效減少熔融金屬中氫的擴散；Inconel625碳含量低，淬硬傾向小，焊后成功抑制馬氏體轉化，而且Inconel625具有一定的塑性。焊接后冷卻到室溫或更低溫度時，其塑性能抵抗溫度降低引起的收縮應力，避免冷裂紋。焊接后冷卻到室溫或更低溫度時，其塑性能抵抗溫度降低引起的收縮應力，避免冷裂紋。

　　氣孔

　　鎳基合金Inconel625對氫氧形成的氣孔非常敏感。當溫度從1720開始時，氧在鎳中的溶解度會隨著溫度的降低而逐漸降低℃降為1470℃當氧的溶解度從1.18%降低到0.06%時，沉淀的氧迅速與鎳結合形成氧化鎳。然而，液態鎳中的氫可以在熔合區附近恢復氧化鎳中的鎳，形成氣孔。

　　通過嚴格的焊前清洗和氣體保護，減少氣孔的產生。

　　2、 焊接方法

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

　　3 、焊材選用

　　焊接材料的選擇應根據化學成分、力學性能、使用條件和焊接條件進行綜合考慮。鎳合金焊接應選用與母材合金系統相同的焊接材料。

　　考慮到國內部分廠家焊接材料質量的不穩定性，建議采用進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，應按照焊條產品說明書進行干燥。應儲存干燥的焊條 100～150℃在左右恒溫箱內，焊工領取時，應使用合格的保溫如果領取時間超過 4h，應重新烘烤，但重新烘烤次數不得超過 2 二、焊條烘烤溫度。

　　5 、施工環境

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

　　（1） 環境溫度低于0℃；

　　（2） 手工焊接時，風速大于 8m/ s；鎢氬弧焊時，風速大于2m/ s；

　　（3） 空氣相對濕度大于90%；

　　（4） 雨雪天氣。

　　6 、施工準備

　　6. 1 焊工要求

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照有關規定進行GB50236- 現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范要求的內容、方法和結果，焊工考試的組織、監督、認證和認證必須按照《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試和管理規則》進行。

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照合格的焊接工藝進行考試，并取得相應的資質證書，方可承擔相應的焊接工程施工。

　　焊接鎳基材料的焊工必須按照合格的焊接工藝進行考試，并取得相應的資質證書，方可承擔相應的焊接工程施工。

　　6. 2 焊接工藝卡

　　現場焊接時，焊接工藝卡必須根據合格的焊接工藝接工藝卡，指導焊接施工。

　　6. 3 焊縫組對

　　(1) 焊縫坡口的形式和尺寸。

　　(2) 組對錯邊量要求

　　管道或焊件組對齊時，內壁應平整，內壁錯邊量不得超過0. 5mm；外壁錯邊量不得超過 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，焊縫的長度、厚度和間距應保證焊縫在焊接過程中不開裂。

　　焊縫背面應充氮，焊縫長度應為10~15mm，壁厚不得超過 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、磷和一些低熔點元素。因此，焊件焊接前必須徹底清除這些雜質。施工前，角磨機應用于坡口內外表面 50mm 清除油、漆、銹、垢、毛刺等雜物，無裂紋、夾層等缺陷。

　　7. 2 焊接工藝要求

　　（1） 焊接時，必須保證焊接的滲透性和熔合性，保證焊縫的質量。在保證焊接滲透的前提下，盡量采用小線能、短電弧、無擺動或小擺動的操作方法。

　　（2） 焊縫多層焊接時，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，清理要徹底，層間交錯。

　　(3） 氬弧焊打底時，背面必須充氬保護，保護措施可采用局部充氬(坡口兩側貼水溶性)。管道充氬開始時，流量適當增加，管道內空氣排出后可焊接。氬氣流量在焊接過程中逐漸減少，避免氬氣流量過大，管道壓力過高，導致焊縫背面凹陷或根部未焊接。

　　（4） 焊接時間層間溫度必須嚴格控制，紅外溫度計小于100℃只能進行下一層焊接。

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

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

　　（7） 焊接時應保證引弧和收弧的質量，收弧時應填充弧坑。鎳合金焊接時，收弧處容易產生弧坑裂紋。收弧后，應仔細檢查弧坑。若發現微裂紋，應及時清除。

　　7. 3 焊接工藝參數

　　本工程采用的焊接工藝參數。

　　8 、焊接接頭質量檢驗

　　（1） 符合外觀質量要求 GB 50236- 現場設備工業管道焊接工程施工驗收規范及1998年SH/ T 3523- 1999年《石化鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金、鎳合金管道焊接規程》。

　　（2） 所有對接焊縫 100%射線探傷。

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

　　（4） 實施無損檢測標準：JB/ T4730- 2005年承壓設備無損檢測。

　　消應力熱處理

　　堆焊一層后，需要消應力熱處理，整體加熱620℃，爐內保溫2小時后空冷。焊接殘余應力可消除80%~90%，焊接后無熱處理。

　　9.焊接后的組織和性能

　　金相組織分析

　　Q345R基體、HAZ、熔合區和Inconel625堆焊層組織輪廓清晰，無裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。硝酸酒精對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，鐵晶粒熱受焊接熱的影響。由于熔合線兩側碳化物形成元素的含量差異較大，特別是鉻和鉬的差異導致化學梯度較大，導致碳遷移到堆焊層。但堆焊層鎳含量高，能有效防止碳遷移，及時避免珠光體側碳層和焊縫側碳層的形成。堆焊層D為樹枝狀奧氏體組織，表明液相溫度梯度小，固液界面前緣成分過冷，堆焊層與基體熔合良好，無分離。

　　10、硬度檢測

　　采用維氏硬度檢測方法，設定載荷100gf，壓力0.981N，壓制持續時間10S，平均硬度值分布見圖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度， HAZ組織部分粗化，但分布不嚴重不均勻，導致硬度高于基體，最終堆焊樣品硬度逐漸上升。

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