鎳基壓力容器的焊接實(shí)例

摘 要：介紹了將鎢極氬弧焊（TIG）用于鎳基（Inconel600）壓力容器中的焊接制造，采用適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范參數(shù)，焊接工藝評定試驗(yàn)結(jié)果，滿足了產(chǎn)品制造技術(shù)條件的要求.在產(chǎn)品焊接過程中，通過焊接操作和焊接工藝的控制，使焊縫通過射線檢測和超聲波檢測以及水壓試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：TIG，Inconel600；壓力容器；工藝評定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.023

1 前言

按壓力容器的工作壓力p，壓力容器可分為低壓、中壓、高壓和超高壓容器四類。這四類容器的壓力范圍規(guī)定如下：

低壓容器（L），0.1≦p<1.6MPa；中壓容器（M），1.6≦p<10MPa；

高壓容器（H），10≦p<100MPa；超高壓容器（U），p≥100MPa。

從壓力容器的用途和化工工藝過程的性質(zhì)，可將壓力容器分為反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和貯運(yùn)容器。

鎳基合金是指在650～1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。常用的是鎳基高溫合金，本文Inconel600合金是鎳-鉻-鐵基固溶強(qiáng)化合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能、優(yōu)良的冷熱加工和焊接性能，在700℃以下具有滿意的熱強(qiáng)性和高的塑性。壓力容器為低壓換熱容器。

鎢極氬弧焊本身鎢極不熔化，所以在焊接過程中沒有損耗，保護(hù)氣體作為焊劑使用，，填充金屬可被用來給焊縫提供金屬，幾乎所有的金屬都能由鎢極氬弧焊來焊接，包括大多數(shù)的鋼、鋁合金、鎂合金、銅、某些黃銅和青銅、鈦、金和銀，同時(shí)焊接成型質(zhì)量好。

經(jīng)過反復(fù)的焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證后，將TIG用于Inconel600焊縫接頭的焊接方法，焊后經(jīng)RT和UT檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量達(dá)到要求。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)及主體材料

設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。其工作介質(zhì)為 Cl2、，TiCl4，Al ，AlCl3。殼體主體材質(zhì)為Inconel600（其化學(xué)成分和力學(xué)性能）

Inconel600（退火）板材化學(xué)成分。含碳量為0.05%，含硅量為0.17%，含錳量為0.35%，硫磷含量低，含鎳量為75.8%，含鉻量為15.16，含銅量為0.1，含鐵量為8.19%，這些含量都高于標(biāo)準(zhǔn)。

Inconel600的力學(xué)性能，力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度實(shí)際值為279MPa，抗拉強(qiáng)度為667MPa，延伸率為45%，都大于標(biāo)準(zhǔn)值。

3 焊接材料的選用

Inconel600的焊接材料的選擇首先要保證其熔敷金屬的化學(xué)成分與母材相當(dāng)，S、P等雜質(zhì)元素的含量要控制的很低，使焊縫金屬具有相應(yīng)的性能指標(biāo).其次母材厚度為16mm，為了保證焊縫每層的質(zhì)量，飛濺少，層間易清理等因素，采用采用單面U型坡口，焊接方法為TIG，焊絲為直徑2.5mm.Inconel82 .

Inconel82焊絲的化學(xué)成分。含碳量為0.03%，含鉻量為，20.05，含鈦量為0.4%，含硅量為0.15%，含錳量為2.92%，含鐵量為1.23%，含銅量為0.035%，硫磷的含量不高于0.005%，均比標(biāo)準(zhǔn)要高。

Inconel82焊絲的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為240MPa，延伸率是36%。

4 焊接工藝評定

選擇不同的規(guī)范參數(shù)匹配，并在試板上進(jìn)行一系列的焊接工藝試驗(yàn)，通過觀察飛濺大小，電弧穩(wěn)定性，焊接表面的成型，母材的熔合情況，確定焊接電流為160-210（A）電弧電壓為16-18（V）電流太小，不僅生產(chǎn)效率低，還容易產(chǎn)生未熔合，氣孔等缺陷，電流過大，會引起鎢極熔化和蒸發(fā)，其微粒有可能進(jìn)入熔池而造成污染，而且還容易引起燒穿或焊縫下陷，咬邊等缺陷.選擇合理的焊接規(guī)范參數(shù)見表6，參照J(rèn)B4708-2000和GB50236的標(biāo)準(zhǔn)，試板規(guī)格500X150X16對接，保護(hù)氣體為Ar，氣體純度 99.99%焊槍中Ar氣流量為14-18L/Min， 尾部Ar氣流量為10-12L/Min， 焊縫背面Ar氣流量為12-14L/Min，對焊接工藝評定試板進(jìn)行100%RT無損檢測，符合JB/T4730.2—2005的規(guī)定，II級合格。然后進(jìn)行理化解剖和力學(xué)性能試驗(yàn)，力學(xué)性能全部滿足產(chǎn)品制造的技術(shù)條件的要求。

5 產(chǎn)品焊接

（1）焊接坡口的準(zhǔn)備。對接焊縫的坡口型式U，采用機(jī)加工，焊前對坡口區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)清理，用丙酮或乙醇清洗并去除坡口附近50mm區(qū)域的氧化色等雜質(zhì)。

（2）焊接要點(diǎn)。在焊接之前，經(jīng)焊工需進(jìn)行相關(guān)資格的考試，焊工用焊接評定給出的規(guī)范參數(shù)范圍，在非產(chǎn)品試件上進(jìn)行試焊，調(diào)節(jié)焊接電流，電壓。

（3）在焊接過程中，層間溫度嚴(yán)格控制在小于或等于90℃，隨時(shí)用測溫筆進(jìn)行測量。施焊過程中背部和尾部需用氬氣進(jìn)行保護(hù)，（尤其第一層、第二層）并且每焊完一層需用PT檢測，必須仔細(xì)檢查，如有缺陷，按照有關(guān)程序進(jìn)行處理，合格后再繼續(xù)施焊。熄弧時(shí)一定要填滿弧坑，以防止弧坑裂紋。

6 焊后檢驗(yàn)

焊縫表面無裂紋，氣孔，咬邊等缺陷。焊縫按照J(rèn)B/T4730.2-2005進(jìn)行100%RT檢測，II級合格。

7 小結(jié)

Inconel600是鎳基材料中焊接性比較好的一種材料，只要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)和層間溫度以及層間的清洗，選用匹配好焊接材料，焊縫完全達(dá)到產(chǎn)品制造技術(shù)的要求。將TIG用于鎳基材料的焊接技術(shù)的成功，在焊接工藝，焊工培訓(xùn)，現(xiàn)場操作和焊接質(zhì)量管理方面積累了經(jīng)驗(yàn)，為以后向有色金屬壓力容器的制造奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]ASME 鍋爐及壓力容器規(guī)范[S].中國石化出版社.

[2]壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].北京：勞動部.

[3]JB4708--2000鋼制壓力容器焊接工藝評定[J].北京：國家機(jī)械工業(yè)局，國家石油和化工工業(yè)局，2000.

作者簡介：杜永信（1984-），男，山東滕州人，本科，初級職稱，教師，研究方向：壓力容器的設(shè)計(jì)及使用的條件。