镍基耐蚀合金焊接工艺研究

镍是重要的有色金属，不仅具有很高的强度和塑性，还有良好的耐蚀性。镍及镍合金常用于石油化工设备制造、核反应堆工程、航空工业等领域[1]。工业纯镍及固溶强化的镍合金可焊性良好，多数耐蚀镍合金及抗氧化镍合金属于固溶强化合金，一般在固溶处理后焊接，焊后可保持耐蚀性能。在某些情况下，Ni-Mo、Ni-Cr-Mo、Ni-Si合金热影响区抗腐蚀性能降低并产生晶间腐蚀。在氢氟酸蒸气等介质中，某些镍合金可能产生应力腐蚀裂纹，焊后须进行固溶热处理[2]。本研究以Φ88.9 mm×7.62 mm规格NS3306（NS336）钢管为例，对镍基耐蚀合金的焊接工艺进行研究。

1 NS3306镍基耐蚀合金简介

NS3306（NS336）为 Ni-Cr-Mo耐蚀合金， 具有耐氧化-还原复合介质、耐海水腐蚀特性，且热强度高。NS3306与美国ASTM标准中的N06625（Inconel 625）相对应[3]。 NS3306 镍基合金的化学成分见表1，力学性能见表2[3-6]。

 

表1 NS3306耐蚀合金化学成分%

  

w（C）w（Cr）w（Ni）w（Fe）w（Mo）w（Al）w（Ti）≤0.10 20.0～23.0余量≤5.0 8.0～10.0≤0.40≤0.40 w（Nb）w（Co）w（Si）w（Mn）w（P）w（S）3.15～4.15≤1.0≤0.5≤0.5≤0.015≤0.015

 

表2 NS3306耐蚀合金力学性能

  

Rm/MPa Rp0.2/MPa A/%≥690≥276≥30

2 焊接材料及方法

2.1 焊接材料

由于镍基耐蚀合金导热性较差，因此焊接方法选用热量较为集中的手工钨极氩弧焊。填充金属选用与NS3306耐蚀合金相匹配的AWS A5.14 ERNiCrMo-3（相当于GB/T 15620—2008 SNi6625（NiCr22Mo9Nb））焊丝，其化学成分见表 3[7]。

 

表3 ERNiCrMo-3焊丝化学成分 %

  

w（C）w（Mn）w（Fe）w（Si）w（Cu）w（Ni）≤0.1≤0.5≤5.0≤0.5≤0.5≥58.0 w（Al）w（Ti）w（Cr）w（Nb）w（Mo）≤0.4≤0.4 20.0～23.0 3.0～4.2 8.0～10.0

2.2 焊前清理及组对

组对前应采用无水酒精或丙酮溶液将焊件坡口及其两侧20 mm范围内清理干净[8]。由于镍氧化物的熔点比镍本身的熔点高，当镍熔化时，氧化镍还远远没有达到熔点，焊前清理不干净，则掺杂在熔池中的氧化镍就会形成夹渣。另外，油污及氧化物中含S、P、Pb等有害元素易使焊缝产生热裂纹[2,9-10]。

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羰基化蛋白为棕黑色具有自发荧光性的不溶性颗粒[6]，为羰基化反应产物。羰基化反应是在人体包括皮肤中被发现的另一种类型的蛋白质改变，这种改变可以从蛋白质与各种醛类发生的反应中被观察到[7]，羰基化蛋白一般沉积在角质层与真皮上层。角质层有相当数量的羰基化蛋白，尽管角质层代谢周期较短，但长期暴露在氧化刺激因素下会出现羰基化蛋白的增加；真皮中含有大量的胶原蛋白、弹性蛋白等基质成分，故此会出现羰基化蛋白的累积，有研究表明，羰基化蛋白在真皮上层的堆积能明显引起皮肤颜色的变化[8]。

  

图1 坡口形式及尺寸

2.3 焊接工艺参数的选择

由于镍基耐蚀合金的导热性差，焊接时应选用较小的焊接线能量并严格控制层间温度[1]。在保证焊道熔合良好的情况下尽量选用小电流、短弧焊，具体焊接工艺参数见表4。焊接过程中应进行内充氩，防止根部焊道的氧化，并严格控制层间温度不超过100℃。

 

表4 NS3306镍基合金钢管焊接工艺参数

  

焊层焊接电流/A电弧电压/V气体流量/（L·min-1）焊接速度/（cm·min-1）极性根焊75～90 9～13 6～12 6～9正接填充80～95 9～13 6～12 4～8正接盖面80～95 9～13 6～12 4～8正接

2.4 焊接操作

（1）仰位焊接采用连续送丝外填丝。起弧时焊炬垂直于工件，引燃电弧形成熔池，当熔池被电弧加热到呈现白亮并将发生流动时，将焊丝送入，焊炬稍向后移动并倾斜10°～20°，送丝时向熔池内侧边缘约在熔池的1/3处送入焊丝末端，靠熔池的热量将焊丝融化，即每次送丝都要送在熔池内，小幅度均匀做横向摆动，保证一定的焊接速度，摆幅过大会降低焊接速度，熔化金属温度过高会造成根部内凹。

[5]YB/T 5353—2012,耐蚀合金热轧板[S].

（3）立焊至平焊位可采用断续外填丝方法焊接。平焊位为避免根焊过瘤，应减小焊枪后倾角度，适量加大运条摆幅宽度。焊接过程中严格控制层间温度在100℃以下。

3 焊后检验

3.1 外观检查

[1]万军.镍及镍合金的焊接[J].锅炉制造，2004（3）：32-34.

  

图2 焊缝外观形貌

3.2 无损检测

无损检测按照NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》执行，进行100%射线检测，Ⅱ级合格，并进行100%渗透检测，Ⅰ级合格。

3.3 拉伸试验

根据NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》要求分别从平焊、仰焊位置取样和加工，并进行试验。拉伸试验按GB/T 228.1—2010规定的试验方法测定焊接接头的抗拉强度，试验结果见表5。

 

表5 拉伸试验结果

  

试样编号试样宽度/mm试样厚度/mm断裂载荷/kN抗拉强度/MPa断裂部位T1 19.5 6.6 106 824焊缝T2 19.9 6.8 109 806焊缝

3.4 弯曲试验

根据NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》要求，分别从管子周向45°位置取面弯、背弯试样各两件，按GB/T 2653—2008《焊接接头弯曲试验方法》进行加工和试验，试验结果见表6。

 

表6 弯曲试验结果

  

注：在试样拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向不得有单条长度大于3 mm的开口缺陷[12]。

 

试样编号试样类型试样厚度/mm压头直径/mm弯曲角度/（°）试验结果F1面弯7.62 30 180无可见缺陷F2面弯7.62 30 180无可见缺陷R1背弯7.62 30 180无可见缺陷R2背弯7.62 30 180无可见缺陷

4 结论

[3]GB/T 15007—2008，耐蚀合金牌号[S].

参考文献：

(2)连续时间建模方法[22] 该方法能够较为精确地表达各项任务的开始时间和结束时间，大大减少变量、约束的个数。

综上所述，通过在消化内科临床带教中实施循证医学教学模式，可显著提高教学效果，并且提高学生对教学模式的认同度，有着积极的教学价值。

（2）镍基耐蚀合金的焊接应做好焊前清理和内充氩保护，焊前一般不需要预热，但当母材温度低于15℃时，应对坡口两侧各250～300 mm宽的区域加热至15～20℃。焊接过程应采用小线能量，并严格控制层间温度，焊缝表面应尽量凸起，自然成形。

完成的焊缝外观如图2所示。焊后将焊缝表面的熔渣、飞溅等清理干净。对焊缝表面进行外观检查，未发现裂纹、气孔、夹渣、夹钨、焊瘤、未焊透、未熔合等缺陷。

[2]王文翰.焊接技术手册[M].郑州:河南科学技术出版社，2000:611-614.

（1）通过外观检查、无损检测、焊接接头拉伸试验和弯曲试验的测定，结果表明采用手工钨极氩弧焊进行镍基耐蚀合金的焊接，焊接质量可靠，满足焊接工艺评定及设计文件要求。

由于镍合金与钢相比具有导热性差、粘性强、熔深较浅等特点，易形成道间和层间熔合不良，为保证熔透，宜选用较大坡口角度和较小钝边[1-2,9-10]，如图1所示。对接焊缝组对时，内壁错边量不应大于0.5 mm[11]。组对定位焊缝的长度宜为10～15 mm且沿周向均匀分布，厚度不应超过壁厚的2/3。定位焊缝应焊透及熔合良好，并无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

[4]GB/T 2054—2013,镍及镍合金板[S].

（2）焊丝应低角度送入，一般与管材夹角为10°～15°，这样有助于熔化端被保护气覆盖并避免碰撞钨极，使焊丝以滴状过渡到熔池中的距离缩短。送丝动作要轻，不要搅动气体保护层，以免空气侵入。焊丝在进入熔池时，要避免与钨极接触短路，以免钨极烧损落入熔池，引起夹钨缺陷。观察熔孔大小和熔池温度，保持较快的焊接速度，确保仰位根焊内部成形良好，无咬边、内凹、穿丝等缺陷。

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[6]YB/T 5354—2012,耐蚀合金冷轧板[S].

[7]GB/T 15620—2008,镍及镍合金焊丝[S].

[8]SH/T 3523—2009,石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程[S].

[9]张应力,张梅.新编焊工实用手册[M].北京:金盾出版社，2004：554-561.

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[10]费东.UNS N06625镍铬合金焊接工艺研究[J].焊管，2016,39(4）：35-38.

[11]GB 50236—2011,现场设备、工业管道焊接工程施工规范[S].

廖：的确有许多领导都强调过二者的关联，可取的一面是认为此乃科学史“走出象牙塔”、发挥其社会功效的重要路径；但也有将其视为“走出经费困境”、可以赚钱的重要途径者.

[12]NB/T 47014—2011,承压设备焊接工艺评定[S].