UNS N06625鎳鉻合金焊接工藝研究

費(fèi) 東

（海油發(fā)展安全環(huán)保分公司 工程監(jiān)理公司，天津300450）

UNS N06625鎳鉻合金焊接工藝研究

費(fèi) 東

（海油發(fā)展安全環(huán)保分公司 工程監(jiān)理公司，天津300450）

分析了Gorgon液化天然氣項(xiàng)目應(yīng)用的UNS N06625鎳鉻合金管道的焊接性，并對該管道進(jìn)行了焊接工藝評定試驗(yàn)，提出了控制焊接質(zhì)量的措施。研究分析表明，UNS N06625鎳鉻合金焊接應(yīng)采用較小的熱輸入，焊接工藝選用手工鎢極氬弧焊和INCONEL Filler Metal 625焊絲，可以避免在焊接過程中出現(xiàn)熱裂紋，使焊縫獲得與母材良好匹配的性能。通過焊后無損檢測和理化性能檢測，UNS N06625鎳鉻合金焊縫性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

N06625；鎳鉻合金；焊接工藝評定；鎢極氬弧焊

近年來，隨著全球范圍液化天然氣消耗量的持續(xù)增長，對建造LNG設(shè)施的需求也不斷增加。LNG設(shè)施的建造包括開采、運(yùn)輸、加工、儲存及輸送等設(shè)備[1]，它們的服役溫度、工作環(huán)境和力學(xué)狀態(tài)不盡相同，因此，需要各種不同的合金材料，如鋁合金、C-Mn低合金鋼、9%Ni鋼和鎳基材料等。本研究結(jié)合澳大利亞西北部Barrow島的Gorgon液化天然氣處理廠項(xiàng)目，對UNS N06625鎳鉻合金的焊接工藝進(jìn)行了研究。

1 UNS N06625的焊接性分析

UNS N06625 鎳鉻合金（INCONEL 625，簡稱625合金）由于其高強(qiáng)度和優(yōu)異的可加工（包括焊接）性以及出色的抗蝕性能，在海洋石油及化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。其使用溫度范圍最高可達(dá)到982℃，化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2。

由于625合金具有較高的合金含量，所以容易造成焊接部位的元素偏析，從而導(dǎo)致選擇性腐蝕。 焊縫中 w（Ni）較高，Ni容易與 S、P、Si等元素形成低熔點(diǎn)共晶，在熔池冷卻過程中，若共晶在粗大的柱狀晶邊界積累，會形成局部液膜，在焊接應(yīng)力的作用下，從而產(chǎn)生熱裂紋[2-4]。此外，焊接Ni-Cr等合金時，若焊件清理不徹底、熔池保護(hù)不佳、焊接線能量過大、表面成形凹陷，還會造成焊接接頭脆化[5-6]，嚴(yán)重時引發(fā)裂紋、氣孔等缺陷[7]。

表1 UNS N06625鎳鉻合金限定化學(xué)成分 %

表2 UNS N06625鎳鉻合金的力學(xué)性能

2 焊接方法及材料

為了避免UNS N06625鎳鉻合金出現(xiàn)熱裂紋，焊接時宜選用熱輸入較小的焊接工藝，以此控制層間溫度。因此，焊接工藝選用手工鎢極氬弧焊（GTAW）。

為滿足復(fù)雜腐蝕環(huán)境服役條件，獲得與母材良好匹配的冶金及力學(xué)性能，預(yù)防脆性開裂，選用SMC 的 INCONEL Filler Metal 625（ERNiCrMo-3）焊絲，直徑分別為2.0mm和2.4mm，化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3和表4。

表3 INCONEL Filler Metal 625焊絲化學(xué)成分 %

表4 INCONEL Filler Metal 625焊絲力學(xué)性能

3 焊接工藝評定試驗(yàn)

3.1 焊接工藝評定

焊接工藝評定按照ASME IX規(guī)范的要求進(jìn)行，同時必須滿足ASME B31.3標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

3.1.1 焊接試樣的制備

試樣直徑60.3mm，厚度3.91mm，長度200mm，焊接坡口如圖1所示。采用機(jī)加工制備坡口，不允許進(jìn)行火焰切割。由于鎳合金填充金屬較碳鋼焊縫金屬在焊接熔融態(tài)流動性差，且粘滯緩慢，因此焊接接頭的坡口須保證適當(dāng)?shù)钠驴诮嵌燃伴g隙，從而確保焊槍鎢極或焊絲能夠有足夠的活動空間。

圖1 試樣焊接坡口示意圖

3.1.2 試樣焊接位置及背面保護(hù)

試樣焊接位置如圖2所示。焊前試管兩端貼好膠帶，背部進(jìn)行充氬保護(hù)，使用測氧儀測定背部排出的空氣情況，待氧含量低于0.05%方可進(jìn)行焊接。

圖2 試樣焊接位置示意圖

3.1.3 預(yù)熱

對于鎳鉻合金的焊接預(yù)熱要求不嚴(yán)，在確保試件表面無水汽的情況下可以不進(jìn)行預(yù)熱。

3.1.4 焊接工藝參數(shù)

焊接過程采用較小的熱輸入（1.5 kJ/mm以下），層間溫度不大于100℃，從而防止焊縫及熱影響區(qū)晶粒長大，造成焊接接頭韌性下降。焊接工藝參數(shù)見表5。

3.1.5 焊后質(zhì)量檢測

（1）無損檢測。對焊后試樣進(jìn)行100%外觀檢測、滲透探傷和射線探傷。檢驗(yàn)結(jié)果均滿足ASME IX標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）理化性能檢驗(yàn)。根據(jù)項(xiàng)目及ASME標(biāo)準(zhǔn)的要求，理化試驗(yàn)主要包括宏觀檢測、拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)及維氏硬度試驗(yàn)。試樣焊接接頭的焊縫金屬和熱影響區(qū)的橫斷面完全熔合、無裂紋，且焊縫成型良好，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。試樣拉伸和彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表6。根據(jù)ASME IX—2007標(biāo)準(zhǔn)QW-153.1的要求，如果焊接拉伸試驗(yàn)試樣斷在焊縫上，且其抗拉強(qiáng)度大于母材規(guī)定最小抗拉強(qiáng)度，則認(rèn)為試驗(yàn)滿足要求[8]。由表6可以看出，試樣抗拉強(qiáng)度為900 MPa，大于母材規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度（827 MPa），拉伸性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)QW-163進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。試樣的維氏硬度檢測結(jié)果見表7。由表7可見，硬度值均不大于330 HV10，試驗(yàn)結(jié)果合格。

表5 焊接工藝參數(shù)

表6 試樣拉伸及彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表7 試樣硬度檢測結(jié)果 HV10

3.2 焊接過程控制

（1）焊前準(zhǔn)備。由于鎳氧化物的熔點(diǎn)比鎳本身的熔點(diǎn)高，當(dāng)鎳熔化的時候，氧化鎳還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到熔點(diǎn)，焊前若沒有徹底清潔焊絲表面被氧化的鎳，則這些摻雜在熔池中的氧化鎳就會形成夾渣[9]。另外，油污及氧化物中含有S、P、Pb等有害元素[10]，易使鎳鉻合金焊縫產(chǎn)生裂紋。因此，焊接坡口和焊絲必須用無水酒精或丙酮溶液擦拭，去除油污及氧化物；焊工需著裝整潔，防止污染焊件。

（2）避免出現(xiàn)成型內(nèi)凹。單面焊工藝應(yīng)保證第一層焊道的成形，表面呈凸形。如果焊縫表面內(nèi)凹，會導(dǎo)致沿焊縫中心線開裂的現(xiàn)象，特別是焊接小的坡口角度和窄的根部間隙應(yīng)格外注意。

（3）保護(hù)氣流量。保護(hù)氣體選用氬氣，焊接氣體保護(hù)流量控制在18～22 L/min，背面氣體保護(hù)流量控制在15～25 L/min。如果氣體流量過低，則不能有效保護(hù)焊縫；氣體流量過高，會造成紊流吸入外界氣體，從而破壞氣體保護(hù)效果。此外，背面氣體保護(hù)不佳會使焊縫根部出現(xiàn)氣孔、氧化等缺陷。

（4）注意鎢極的使用。鎢極端部形狀對于熔深和焊縫的寬度有著重要的影響。當(dāng)電流達(dá)到100 A時，應(yīng)采用錐形端部電極焊接，焊接電弧穩(wěn)定且熔深控制效果好。焊接過程中鎢極接觸到焊縫及母材，容易造成污染，應(yīng)及時清理并打磨修整鎢極形狀。

（5）避免操作不當(dāng)產(chǎn)生缺陷。焊接時應(yīng)使熔池盡可能保持平靜狀態(tài)，減少凝固裂紋和熱裂紋。

4 結(jié) 論

針對Gorgon項(xiàng)目中UNS N06625管道的焊接工藝，結(jié)合工程應(yīng)用的實(shí)際要求，對UNS N06625管道焊接工藝評定及保證焊接質(zhì)量的過程控制進(jìn)行了闡述，得出如下結(jié)論：

（1）采用GTAW焊接工藝的UNS N06625管道，焊接應(yīng)選用INCONEL Filler Metal 625焊材，以獲得符合要求的焊縫。

（2）焊接前應(yīng)注意對坡口和焊絲的化學(xué)清理，防止油污等雜質(zhì)破壞焊縫質(zhì)量。

（3）注意對焊接過程的把控，防止出現(xiàn)焊縫表面成型過凹；對于坡口質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格要求，避免因間隙過小、坡口角度偏小而影響焊接質(zhì)量。

（4）通過焊后無損檢測和理化性能檢測，焊縫性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，Gorgon項(xiàng)目中UNS N06625管道焊接采用GTAW焊接工藝具有很高的可行性。

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UNS N06625 Nickel-chromium Alloy Welding Technology Research

FEI Dong
（Project Supervision Company，CNOOC Ener Tech-safety&Environmental Protection Co.，Tianjin 300450，China）

In this article，it analyzed the weldability of UNS N06625 nickel-chromium alloy pipeline used in Gorgon LNG project，carried out welding procedure qualification test，and put forward welding quality control measures.The results indicated that it should adopt smaller welding heat input in UNS N06625 nickel-chromium alloy welding，select manual argontungsten-arc welding and INCONEL Filler Metal 625 welding wire，so as to avoid hot cracking during welding，and make the weld obtain good performance matching with base metal.Through nondestructive testing after welding and the physical and chemical properties tests，UNS N06625 nickel-chromium alloy weld performance accorded with standard requirements.

N06625；nickel-chromium alloy；welding procedure qualification；argon tungsten-arc welding

TG457.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.008

費(fèi) 東（1984—），遼寧錦州人，畢業(yè)于西南石油大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，焊接工程師，從事有關(guān)海洋工程的焊接工藝開發(fā)設(shè)計及石油石化工程質(zhì)量控制研究工作。

2016-01-13

修改稿收稿日期：2016-2-16

李 超

中石油管道局“互聯(lián)網(wǎng)+油氣儲運(yùn)工程”取得初步成果

日前，中石油管道局“互聯(lián)網(wǎng)+油氣儲運(yùn)工程”取得初步成果：完成首個數(shù)字化恢復(fù)項(xiàng)目——連木沁壓氣站數(shù)字化恢復(fù)工程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體工程數(shù)字資產(chǎn)化，為下一步工程完整性管理、全生命周期管理、大數(shù)據(jù)管理提供了科學(xué)依據(jù)。

目前，我國已建長輸油氣管道里程超過12萬千米，基本形成了橫貫東西、縱貫?zāi)媳钡挠蜌夤艿垒斔途W(wǎng)絡(luò)。這些管道目前基本靠人工巡護(hù)線、閥室看護(hù)等傳統(tǒng)方式進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)。

隨著長輸管道向人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)延伸，管道安全和環(huán)保越來越受到社會關(guān)注。升級傳統(tǒng)的管道建設(shè)管理理念、手段、方法和技術(shù)，以適應(yīng)日益變化的環(huán)境和對管道建設(shè)安全管理的要求，是管道建設(shè)行業(yè)努力的方向。

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，管道局積極謀劃互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與油氣儲運(yùn)工程的深度融合。據(jù)了解，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，管道局已建成企業(yè)級數(shù)據(jù)倉庫，以及涵蓋數(shù)字化、智能化內(nèi)容的設(shè)計、采購、施工集成平臺。數(shù)據(jù)倉庫已成為信息化應(yīng)用的基礎(chǔ)，為工程項(xiàng)目管理、設(shè)計、電子商務(wù)、造價等系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)集成通道。

現(xiàn)在，管道局承接了EPC管道項(xiàng)目，設(shè)計人員完成工程設(shè)計后，在數(shù)字化設(shè)計平臺上提交物資請購文件。物資采購人員在電子商務(wù)平臺上接收到物資請購信息，進(jìn)行物資采辦?，F(xiàn)場施工人員則通過工程項(xiàng)目管理平臺接收設(shè)計和采辦信息，組織現(xiàn)場施工，這些都是通過數(shù)據(jù)倉庫串聯(lián)完成的。

據(jù)管道局有關(guān)技術(shù)專家介紹，未來的管道是智慧的管道。它能夠?qū)崿F(xiàn)可觀測，能夠監(jiān)測管道所有設(shè)備的狀態(tài)；可控制，能夠控制管道所有設(shè)備的狀態(tài)；可自適應(yīng)，即完全自動化；系統(tǒng)綜合優(yōu)化平衡，即上游、管輸和用戶之間的優(yōu)化平衡。

屆時，管道運(yùn)行維護(hù)中的人工巡護(hù)線、閥室看護(hù)等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)基本可以退出歷史舞臺，管道安全監(jiān)測、定期體檢、安全性改造等環(huán)節(jié)的投入會大大減少，而且管道系統(tǒng)更加高效、安全、可靠。

（謝淑霞 摘自中國管道商務(wù)網(wǎng)）