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各種腐蝕介質都具有優(yōu)良的耐蝕性。尤其具有優(yōu)秀的耐無機酸腐蝕能力，焊接性不好，易產生熱裂紋。在氯化物介質中具有出色的抗點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和侵蝕的性能。因其應用特殊，故材料成本較高。關鍵詞 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合金材料是一種對各種腐蝕介質都具有優(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1290-13501.3 625鎳合金的金相結構625為面心立方晶格結構。當在約650保溫足夠長時間后，將析出碳顆粒和不穩(wěn)定的四元相并將轉化為穩(wěn)定的Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。固溶強化后鎳鉻矩陣中的鉬、鈮成分將提高材料的機械性能，但塑性會有所降低。1.4 625鎳合金的機械性能 產品規(guī)格mm抗拉強度N/mm20.2%屈服強度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鎳合金的牌號中國牌號：GH3625/GH625美國牌號：Inconel 625/UNS NO6625法國牌號：NC22DNb德國牌號：W.Nr.2.48561.6 625鎳合金的基本特性（1）對氧化和還原環(huán)境的各種腐蝕介質都具有非常出色的抗腐蝕能力（2）優(yōu)秀的抗點腐蝕和縫隙腐蝕的能力，并且不會產生由于氯化物引起的應力腐蝕開裂（3）優(yōu)秀的耐無機酸腐蝕能力，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸以及硫酸和鹽酸的混合酸等（4）耐各種無機酸混合溶液腐蝕的能力（5）40時，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證（8）腐蝕工程師協(xié)會NACE 標準認證（MR-01-75）符合酸性氣體環(huán)境使用的最高標準等級VII2 625鎳合金的應用環(huán)境分析 625鎳合金在很多介質中都表現(xiàn)出極好的耐腐蝕性。在氯化物介質中具有出色的抗點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和侵蝕的性能。具有很好的耐無機酸腐蝕性，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸等，同時在氧化和還原環(huán)境中也具有耐堿和有機酸腐蝕的性能。有效的抗氯離子還原性應力腐蝕開裂。在海水和工業(yè)氣體環(huán)境中幾乎不產生腐蝕，對海水和鹽溶液具有很高的耐腐蝕性，在高溫時也一樣。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用于化工流程工業(yè)，較好的耐腐蝕性和高強度使之能作為較薄的結構部件?？梢詰糜诮佑|海水并承受高機械應力的場合。   典型應用領域： （1） 含氯化物的有機化學流程工藝的部件，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、煙氣進口擋板、風扇（潮濕）、攪拌器、導流板以及煙道等 （4）用于制造應用于酸性氣體環(huán)境的設備和部件   （5）乙酸和乙酐反應發(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，焊接會產生焊縫的宏觀裂紋和微裂紋。故 Inconel 625 焊接時最常出現(xiàn)的缺陷是熱裂紋，主要原因是由于硫、鉛、磷或低熔點金屬混入，形成晶間薄膜引起高溫下嚴重脆化而引起的，特別是硫、磷共晶物熔點比鎳鐵低很多，在焊縫結晶時低熔點共晶物的液態(tài)膜殘留在晶界區(qū)。另外焊接熱輸入大，使焊縫接頭過熱產生粗大晶粒。在粗大的柱狀晶粒邊界上集中了一些低熔點共晶體(熔點1435)，共晶體處于晶粒邊界，它們的強度低、脆性大，在較高焊接殘余應力的作用下很容易形成熱裂紋。有時還會產生顯微裂紋，這種裂紋用一般的X射線探傷儀不易檢測到，因此應引

7、起足夠的重視。焊接時還需避免的另一缺陷是氣孔，鎳合金熔池稠，流動性差，在焊接快速冷卻時，極易產生氣孔，氧氣、氫氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳氣體在熔化的液態(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，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，鎳的熱導率低，電阻率大，在不適當的焊接熱循環(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，焊接時應采取合理的焊接工藝和相應措施避免出現(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，焊接時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，為防止合金元素被氧化，背面必須充氬保護。3.3 焊材選用焊材選用根據焊件的化學成分、力學性能、使用條件和施焊條件進行綜合考慮。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 焊條考慮到國內部份生產廠家焊材質量的不穩(wěn)定性，建議采用進口焊材或上海電力、四川大西洋品牌的焊材。3.4 焊材烘干焊條使用前應按焊條產品說明書進行烘干。烘干后的焊條應儲存在 100150左右的恒溫箱內，焊工領用時，應用合格保溫筒領取，如領用時間超過 4h，應重新烘烤，但重新烘烤次數不得超過 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，焊接環(huán)境出現(xiàn)如下情況時，必須采用有效保護措施（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，風速大于 8m/ s；鎢級氬弧焊時，風速大于2m/ s；（3） 空氣相對濕度大于90；（4） 雨、雪天氣。3.6 施工準備3.6.1 焊工要求根據有關規(guī)定要求，焊接鎳基材料的焊工須按GB50236- 1998現(xiàn)場設備工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范中要求的內容、方法和結果進行考試，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定合格的焊接工藝進行

11、考試，考試合格并取得相應的資質證方可承擔相應焊接工程的施工。3.6.2 焊接工藝卡現(xiàn)場施焊時，必須依據合格的焊接工藝評定制訂焊接工藝卡，指導焊接施工。3.6.3 焊縫組對(1) 對接焊縫坡口形式及尺寸（見圖 1）。(2) 組對錯邊量要求管道或焊件組對時，內壁應平齊，內壁錯邊量不宜超過0. 5mm；外壁錯邊量不宜超過 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，應能保證焊縫在焊接過程中不開裂。若用實芯焊絲鎢級氬弧焊進行定位焊，則焊縫背面應進行充氮保護；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（1）鎳及鎳合

12、金的導熱性差，焊接時容易過熱引起晶粒大，因此焊接操作時應選用較小和焊接電流，焊條最好不橫向擺動，收尾時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，所以除必須嚴格控制焊條的硫、鉛等含量外，焊前應進行認真清理，除去母材表面的油污、油漆、灰塵等臟物。（4）鎳及鎳合金焊接時氣孔敏感性強，因此焊條中含有適量的鉛、鈦、錳、鎂等脫氧劑，操作時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。施工前用角向磨光機把坡口內外兩側表面 50mm 范圍內的油、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） 焊接時必須保證焊透和熔合性，保證焊縫質量，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，不擺動或小擺動的操作方法。（2） 焊縫多層焊時，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、清理要徹底，各層各道之間應相互錯開。(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（坡口兩內側貼水溶性）（見圖 2）。管道充氬開始時流

14、量適當加大，待管內空氣排干凈后方可施焊。焊接時氬氣流量逐步降低，避免氬氣流量偏大，管內壓力偏高而造成焊縫背面在成型時出現(xiàn)內凹或根部未焊透現(xiàn)象。（4） 焊接時層間溫度必須嚴格控制，測量采用紅外測溫儀，低于100時方可進行下一層焊接。（5） 每一層焊道必須清理干凈方可進行下一層焊接；焊后及時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打磨時，必須防止局部熱量過高而產生熱裂紋。（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行

15、焊接，焊接完畢后清理干凈焊縫表面雜物，再進行滲透檢查。（7） 焊接中應確保引弧和收弧質量，收弧時應將弧坑填滿。鎳合金焊接時，在收弧處易產生弧坑裂紋，收弧后應仔細檢弧坑處，發(fā)現(xiàn)有微裂紋應打磨除去。(8) 弧焊蓋面采用直流正接，ENCM-3焊條適合全位置焊接，運條時，焊條手工電橫向擺動不能過大，盡量連弧操作，接頭時注意產生弧坑裂紋，收尾用鋼板過度連接。4.4 焊接工藝參數本項目采用的焊接工藝參數（見表 5）。5 焊接接頭檢驗與分析5.1 檢查要求（1） 外觀質量要求符合 GB 50236- 1998現(xiàn)場設備工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(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)程相關要求。（2） 所有對接焊縫 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，方可進行下一道工序。（4） 執(zhí)行無損檢測標準：JB/ T4730- 2005承壓設備無損檢測。5.2 焊接缺陷處理（1） 返修焊縫缺陷的清理，采用角向磨光機打磨，不允許用碳弧氣刨清理缺陷，并修整成適合補焊的形狀，確認缺陷已消除后方可補焊。（2） 返修時用鎢級氬弧焊，并采用已經評定合格的工藝參數進行施焊。（3） 返修部位應按原檢測方法進行檢驗，其質量要求與原焊縫相同。（4） 同一部位的返修次數不宜超過兩次，超過返修應制訂措施，經施工單位技術總負責人批準。6 結語鎳基合金具有獨特的物理、化學和耐蝕性能，在 2001900范圍內能抗各種介質的侵蝕，同時具有良好的高溫和低溫力學性能，但由于價格昂貴因此多用于母材表面堆焊。本裝置高壓換熱設備的高溫高壓焊口經過焊前的精心準備、嚴格的施工過程控制、合理的焊接工藝，以及管道合理組對、安裝，整體安裝質量非常理想，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焊接任務，為以后同類材質的焊接積累了寶貴的經驗。【參考文獻】1 TSG R0004- 2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程