Inconel625鎳合金焊接工藝簡(jiǎn)述

吳俊 張勍

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)公司山東青島 266061

Inconel625鎳合金焊接工藝簡(jiǎn)述

吳俊 張勍

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)公司山東青島 266061

遼陽(yáng)石化公司200萬(wàn)t/a加氫精制裝置中的核心設(shè)備高壓換熱器進(jìn)出口在與管道連接時(shí)采用了焊接方式進(jìn)行，這樣可以最大限度地降低泄露點(diǎn)從而保證密封質(zhì)量。由于高壓換熱器進(jìn)出口母材材質(zhì)為12Cr2Mo1，焊前需進(jìn)行預(yù)熱、焊后需進(jìn)行熱處理，極大地增加了現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的難度，為了解決這一難題，該設(shè)備出廠前在其出入管口處堆焊了一層8mm厚的鎳合金材料，材質(zhì)牌號(hào)為Inconel 625。鎳合金Inconel 625為美國(guó)牌號(hào)，屬于耐高溫、抗腐蝕性材料，焊接難度大。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工過(guò)程為依據(jù)，對(duì)鎳合金Inconel 625的焊接工藝進(jìn)行介紹。

1 鎳合金材料的可焊性分析

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(guò)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，它們的強(qiáng)度低、脆性大，在焊接應(yīng)力的作用下很容易形成熱裂紋。

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(guò)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(lái)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。而且流動(dòng)性差也易產(chǎn)生夾渣缺陷。

綜上分析，鎳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。

Inconel 625材質(zhì)的化學(xué)成分和力學(xué)性能（見(jiàn)表1、2）。

表1 Inconel 625的化學(xué)成分

表2 Inconel 625的力學(xué)性能

2 焊接方法

考慮到現(xiàn)場(chǎng)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 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。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(jiàn)表3)。

表3 焊材選用表

考慮到國(guó)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。

4 焊材烘干

焊條使用前應(yīng)按焊條產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行烘干。烘干后的焊條應(yīng)儲(chǔ)存在100～150℃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(guò)4h，應(yīng)重新烘烤，但重新烘烤次數(shù)不得超過(guò)2次。焊條烘烤溫度(見(jiàn)表4)。

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。

表4 焊條烘烤溫度表

（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。

6 施工準(zhǔn)備

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GB 50236-1998《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》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。

6.2 焊接工藝卡

現(xiàn)場(chǎng)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。

6.3 焊縫組對(duì)

(1)對(duì)接焊縫坡口形式及尺寸（見(jiàn)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(guò)0.5mm；外壁錯(cuò)邊量不宜超過(guò)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(zhǎng)度、厚度、間距，應(yīng)能保證焊縫在焊接過(guò)程中不開(kāi)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(zhǎng)度宜為10～15mm，且不超過(guò)壁厚的2/3。

7 焊接工藝

7.1 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、毛刺等雜物清除干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷。

7.2 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(kāi)。

(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(jiàn)圖2）。管道充氬開(kāi)始時(shí)流量適當(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(cè)量采用紅外測(cè)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(guò)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(guò)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。

7.3 焊接工藝參數(shù)

本項(xiàng)目采用的焊接工藝參數(shù)（見(jiàn)表5）。

8 焊接接頭質(zhì)量檢查

（1）外觀質(zhì)量要求符合GB 50236-1998《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》與SH/T 3523-1999《石油化工鉻鎳奧氏體鋼，鐵鎳合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(cè)，全部合格后，方可進(jìn)行下一道工序。

表5 焊接工藝參數(shù)

（4）執(zhí)行無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》。

9 焊縫返修

（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)易用鎢級(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(cè)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(guò)兩次，超過(guò)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)。

10 結(jié)語(yǔ)

鎳基合金具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和耐蝕性能，在200～1900℃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(guò)焊前的精心準(zhǔn)備、嚴(yán)格的施工過(guò)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(cè)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)。

1TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》.

2GB150-1998《鋼制壓力容器》.

3GB 50236-1998《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》.

4JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》.

5JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》.

6SH/T 3523-2009《石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規(guī)程》.

7JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》.

TG47

B

1672-9323（2012）03-0069-03

2012-03-11）