开发优质哈氏合金、高温合金、镍基合金

　　高压换热器的进出口母材是 12Cr2Mo1.焊接前需要预热，焊接后需要热处理，大大增加了现场焊接施工的难度。为了解决这个问题，设备在出厂前在出入口堆放了一层 8mm 厚镍合金材料，材料品牌 Inconel 625。镍合金 Inconel 625 是美国品牌，属于耐高温、耐腐蚀材料，焊接难度大。本文以现场实际施工工艺为基础，对镍合金进行了处理 Inconel 625 介绍焊接工艺。

　　1、 镍合金材料的可焊性分析

　　镍合金具有单向组织，焊接产生宏观和微裂纹。故 Inconel 625 热裂纹是焊接过程中最常见的缺陷。主要原因是硫、铅、磷或低熔点金属的混合导致晶间膜在高温下严重脆化。特别是硫和磷共晶体的熔点远低于镍铁。低熔点共晶体的液体膜在焊缝结晶时残留在晶体边界。此外，焊接热输入大，使焊缝接头过热，产生粗粒。一些低熔点共晶体集中在粗柱状晶粒的边界上，强度低，脆性大，在焊接应力的作用下容易形成热裂纹。

　　孔隙是焊接过程中需要避免的另一个缺陷。镍合金熔池厚，流动性差。焊接快速冷却时，容易产生孔隙。在熔化的液体镍基合金中，氧气、氢气、氮气、二氧化碳和一氧化碳气体的溶解度大大降低，而固体溶解度大大降低。当镍基合金焊接过程从高温变冷时，熔融金属中气体的溶解度也会下降。流动性差的液态镍在焊缝凝固前不能完全溢出游离气体，形成气孔。而且流动性差也容易造成夹渣缺陷。

　　结晶裂纹属于焊接热裂纹，一般产生在固体和液相线的温度范围内，即焊缝结晶的后期，因此得名。Inconel625焊接过程中的结晶裂纹非常敏感，主要是因为微量元素硫、磷、碳聚集在晶体边界，碳促进硫、磷分析，焊缝含有大量镍，易与硫化合成硫化镍，镍和硫化镍混合物的熔点仅为630℃在拉应力的作用下，焊缝沿晶界开裂，属于低熔共晶，削弱了晶粒之间的相互作用。

　　消除Inconel625焊接中的结晶裂纹可采取多种措施：首先，焊接前清洗非常重要，用砂轮抛光或丙酮擦拭，去除表面氧化皮、油等污染物，避免硫、磷等杂质混入熔池；其次，制定合理的焊接工艺参数，采用小焊接电流和焊接热输入；最后，可采用抗裂性好的焊接材料。

　　冷裂纹

　　与结晶裂纹相比，Inconel625焊接冷裂纹的倾向不大，因为在焊接过程中或焊接后没有诱发冷裂纹：Inconel625氢含量非常罕见，加强气体保护可有效减少熔融金属中氢的扩散；Inconel625碳含量低，淬硬倾向小，焊后成功抑制马氏体转化，而且Inconel625具有一定的塑性。焊接后冷却到室温或更低温度时，其塑性能抵抗温度降低引起的收缩应力，避免冷裂纹。焊接后冷却到室温或更低温度时，其塑性能抵抗温度降低引起的收缩应力，避免冷裂纹。

　　气孔

　　镍基合金Inconel625对氢氧形成的气孔非常敏感。当温度从1720开始时，氧在镍中的溶解度会随着温度的降低而逐渐降低℃降为1470℃当氧的溶解度从1.18%降低到0.06%时，沉淀的氧迅速与镍结合形成氧化镍。然而，液态镍中的氢可以在熔合区附近恢复氧化镍中的镍，形成气孔。

　　通过严格的焊前清洗和气体保护，减少气孔的产生。

　　2、 焊接方法

　　考虑到现场施工的特点，采用钨极氩弧焊和焊条电弧焊填充盖面。氩弧焊底部时，背面必须充氩，防止合金氧化。

　　3 、焊材选用

　　焊接材料的选择应根据化学成分、力学性能、使用条件和焊接条件进行综合考虑。镍合金焊接应选用与母材合金系统相同的焊接材料。

　　考虑到国内部分厂家焊接材料质量的不稳定性，建议采用进口焊接材料或上海电力、四川大西洋品牌焊接材料。

　　4、 焊材烘干

　　使用焊条前，应按照焊条产品说明书进行干燥。应储存干燥的焊条 100～150℃在左右恒温箱内，焊工领取时，应使用合格的保温如果领取时间超过 4h，应重新烘烤，但重新烘烤次数不得超过 2 二、焊条烘烤温度。

　　5 、施工环境

　　在高温管道施工过程中，焊接环境如下，必须采取有效的布、加热等)。)，否则，禁止焊接。

　　（1） 环境温度低于0℃；

　　（2） 手工焊接时，风速大于 8m/ s；钨氩弧焊时，风速大于2m/ s；

　　（3） 空气相对湿度大于90%；

　　（4） 雨雪天气。

　　6 、施工准备

　　6. 1 焊工要求

　　焊接镍基材料的焊工必须按照有关规定进行GB50236- 现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范要求的内容、方法和结果，焊工考试的组织、监督、认证和认证必须按照《锅炉压力容器压力管道焊工考试和管理规则》进行。

　　焊接镍基材料的焊工必须按照合格的焊接工艺进行考试，并取得相应的资质证书，方可承担相应的焊接工程施工。

　　焊接镍基材料的焊工必须按照合格的焊接工艺进行考试，并取得相应的资质证书，方可承担相应的焊接工程施工。

　　6. 2 焊接工艺卡

　　现场焊接时，焊接工艺卡必须根据合格的焊接工艺接工艺卡，指导焊接施工。

　　6. 3 焊缝组对

　　(1) 焊缝坡口的形式和尺寸。

　　(2) 组对错边量要求

　　管道或焊件组对齐时，内壁应平整，内壁错边量不得超过0. 5mm；外壁错边量不得超过 1. 0mm。

　　(3) 定位焊接尺寸

　　焊缝定位焊接采用根部定位焊缝的形式，焊缝的长度、厚度和间距应保证焊缝在焊接过程中不开裂。

　　焊缝背面应充氮，焊缝长度应为10~15mm，壁厚不得超过 2/ 3。

　　7 、焊接工艺

　　7. 1 焊前清理

　　镍合金焊接裂纹的倾向可以增加铅、硫、磷和一些低熔点元素。因此，焊件焊接前必须彻底清除这些杂质。施工前，角磨机应用于坡口内外表面 50mm 清除油、漆、锈、垢、毛刺等杂物，无裂纹、夹层等缺陷。

　　7. 2 焊接工艺要求

　　（1） 焊接时，必须保证焊接的渗透性和熔合性，保证焊缝的质量。在保证焊接渗透的前提下，尽量采用小线能、短电弧、无摆动或小摆动的操作方法。

　　（2） 焊缝多层焊接时，采用小电流多层焊接。层间温度必须控制在100℃下面，层间检查要仔细，清理要彻底，层间交错。

　　(3） 氩弧焊打底时，背面必须充氩保护，保护措施可采用局部充氩(坡口两侧贴水溶性)。管道充氩开始时，流量适当增加，管道内空气排出后可焊接。氩气流量在焊接过程中逐渐减少，避免氩气流量过大，管道压力过高，导致焊缝背面凹陷或根部未焊接。

　　（4） 焊接时间层间温度必须严格控制，红外温度计小于100℃只能进行下一层焊接。

　　（5） 每层焊道必须在下一层焊接前清理；焊接后，及时清理焊缝表面的渣和飞溅。用角磨机清理焊接过程中的缺陷时，必须防止局部热量过高引起热裂纹。

　　（6） 由于线能要求小，钨极氩弧焊后焊肉较薄。为保证焊接质量，底部渗透检查是否有裂纹。合格后，继续焊接钨极氩弧焊。钨极氩弧焊三层后，清理焊缝表面的杂物，然后进行渗透检查。

　　（7） 焊接时应保证引弧和收弧的质量，收弧时应填充弧坑。镍合金焊接时，收弧处容易产生弧坑裂纹。收弧后，应仔细检查弧坑。若发现微裂纹，应及时清除。

　　7. 3 焊接工艺参数

　　本工程采用的焊接工艺参数。

　　8 、焊接接头质量检验

　　（1） 符合外观质量要求 GB 50236- 现场设备工业管道焊接工程施工验收规范及1998年SH/ T 3523- 1999年《石化铬镍奥氏体钢、铁镍合金、镍合金管道焊接规程》。

　　（2） 所有对接焊缝 100%射线探伤。

　　（3） Inconel625底焊、钨极氩弧焊及全部焊接后，必须进行100%渗透检测，全部合格后方可进行下道工序。

　　（4） 实施无损检测标准：JB/ T4730- 2005年承压设备无损检测。

　　消应力热处理

　　堆焊一层后，需要消应力热处理，整体加热620℃，炉内保温2小时后空冷。焊接残余应力可消除80%~90%，焊接后无热处理。

　　9.焊接后的组织和性能

　　金相组织分析

　　Q345R基体、HAZ、熔合区和Inconel625堆焊层组织轮廓清晰，无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。硝酸酒精对铁素体的腐蚀性较弱，呈白色，渗碳体呈黑色，从A中可以观察到整体Q345R以片层珠光体组织为基体。从HAZ在熔合区，铁晶粒热受焊接热的影响。由于熔合线两侧碳化物形成元素的含量差异较大，特别是铬和钼的差异导致化学梯度较大，导致碳迁移到堆焊层。但堆焊层镍含量高，能有效防止碳迁移，及时避免珠光体侧碳层和焊缝侧碳层的形成。堆焊层D为树枝状奥氏体组织，表明液相温度梯度小，固液界面前缘成分过冷，堆焊层与基体熔合良好，无分离。

　　10、硬度检测

　　采用维氏硬度检测方法，设定载荷100gf，压力0.981N，压制持续时间10S，平均硬度值分布见图5。Inconel大量合金元素在625堆焊层中起着重要作用，显著提高了焊缝的强度， HAZ组织部分粗化，但分布不严重不均匀，导致硬度高于基体，最终堆焊样品硬度逐渐上升。

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