摘要：文章針對鎳及鎳基合金的分類及用途、化學成分、焊接方法、焊接缺陷，制定了科學的焊接施工工藝，以保證焊接質量。
　　關鍵詞：鎳及鎳基合金；焊接工藝；施工；氣孔；裂紋
　　鎳是重要的有色金屬，具有獨特的物理、化學和耐蝕性能，同時又具有良好的高溫和低溫力學性能，因此，鎳及鎳基合金在現代工業中得到了越來越廣泛地應用，多數鎳及鎳基合金設備是靠焊接制造而成，鎳及鎳合金焊接一般采用手工鎢極氬弧焊、手工焊條電弧焊、熔化極惰性氣體保護焊等方法，也可采用埋弧自動焊焊接方法。但是在焊接過中也會產生很多焊接問題，影響鎳及鎳基合金設備的使用性能、安全性能和壽命。為了保證鎳及鎳基合金設備的安全使，控制鎳及鎳基合金的焊接質量，需要針對鎳及鎳基合金的焊接性，制定科學的焊接工藝。
　　1鎳及鎳基合金的分類及用途
　　（1）工業純鎳：應用在處理苛性堿的設備上、食品加工設備、化學品裝運容器、耐海水腐蝕設備和電器及電子元件等；
　　(2)蒙乃爾Monel(Ni—Cu系)：應用在石油和化工工業及在海洋開發中，可用來制造各種換熱設備、石油和化工用管線、鍋爐給水加熱器、容器、反應釜、塔、槽等；
　　(3)因康鎳Inconel(Ni-Gr-Fe系)：應用在化學工業中，用來制造加熱器、換熱器、蒸餾塔、蒸發器、冷凝器，以及盛裝硝酸及硝酸加氫氟酸等用途的容器、管道、塔和槽等；
　　(4)哈斯特洛依Hastlloy(Ni-Mo或Ni-Gr-Mo系)：Ni-Mo系多用于制造鹽酸容器的襯里、管道等；Ni-Cr-Mo系主要應用于在強腐蝕性氧化-還原復合介質中應用裝置，以及在高溫海水中應用的裝置；
　　（5）Ni-Cr-Mo-Cu系：對含有氯離子、氟離子的酸性介質的沖刷能夠耐冷凝腐蝕；
　　（6）鐵鎳基合金：常用于加熱管、熱交換器及蒸汽腐蝕器等，具有優良的耐應力腐蝕性能和耐高溫腐蝕性能。
　　2化學成分和機械性能
　　表1常用的鎳及鎳合金管化學成分
　　            
　　3焊接方法
　　鎳及鎳合金焊接方法有：手工鎢極氬弧焊、手工焊條電弧焊、熔化極惰性氣體保護焊、埋弧自動焊等。
　　4焊接工藝參數
　　不同系列的鎳及鎳合金焊接工藝參數稍有不同（見表2、表3、表4所示）
　　表2手工鎢極氬弧焊焊接工藝參數
　　    
　　5焊接常見缺陷
　　鎳及鎳基合金在焊接時，如果采用的工藝措施不當，危害較大的會發生焊縫氣孔和焊接熱裂紋。
　　5.1焊縫氣孔
　　鎳及鎳合金特別是純鎳、蒙乃爾等合金，固液相溫度間距小，流動性偏低，在快速冷卻結晶條件下，游離出來的氣體在流動性較差的液態鎳中不能在鎳基合金焊縫凝固前完全逸出，從而極易在焊縫中產生氣孔。另外，焊接坡口及其兩側的油污、水分、灰塵及氧化層清理不干凈；焊接電流及電弧電壓較低，焊接速度過快焊接熱能量低；焊槍氣體保護噴嘴直徑較小，保護氣體流量過低；氣體保護效果不良，焊條烘干不良，烘干溫度計保溫時間不夠，這些也是產生氣孔的原因。
　　5.2焊接熱裂紋
　　鎳和鐵的二元共晶物中有較多低熔點的金屬共晶物和非金屬共晶物。特別是硫、磷共晶物熔點比鎳鐵低很多(Ni-S為645℃、Ni-P為880℃)，在焊縫結晶時低熔點共晶物的液態膜殘留在晶界區，同時鎳及鎳合金線脹系數大，焊接時易產生較大的應力，焊縫結晶時低熔點共晶物的液態膜在收縮應力作用下易產生開裂。另外，焊接坡口及其兩側的污物清理不干凈、焊縫表面凸凹不平等也會產生裂紋。其次，收弧時如果沒有填滿弧坑和電流衰減時間較短，收弧處熔敷金屬量少出現弧坑其強度比較薄弱，在相變應力和拘束應力的作用下產生收弧處微裂紋。
　　6焊接工藝
　　為了解決上述焊接問題，以保證焊接質量，文章結合石油化工工程中鎳及鎳合金管材采用氨弧焊和焊條電弧焊的焊接施工，特制定以下焊接工藝。
　　6．1焊接準備
　　6.1.1技術準備
　　(1)施工前，焊接技術人員應根據設計文件、相關標準和焊接工藝評定，并編制焊接工藝指導書，組織進行焊接工藝評定；
　　(2)針對各類焊接接頭編制《焊接工藝卡》或《焊接工藝規程》，施焊過程嚴格按照工藝卡要求的參數進行。
　　（3）焊工必須持有《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規則》或GB50236合格證或設計規定的其它合格證。
　　6.1.2材料要求
　　(1)焊接材料的儲存、保管應符合JB／T3223-96《焊接材料質量管理規程》及相關標準的要求；
　　(2)焊接使用的焊條、焊絲、焊劑、保護氣、電極應有出廠合格證和質量證明書；
　　(3)焊材的烘干、發放、回收嚴格按有關規定執行，焊條的烘干工藝按生產廠家說明書提供的參數進行，如無則按焊接工藝指導書給定的參數進行；
　　(4)焊絲使用前，應去除表面的油脂、銹等雜物；
　　(5)保溫材料性能應符合預熱及其處理要求。
　　6.1.3設備要求
　　(1)使用的直流焊機要在校準周期內，并且完好、性能可靠，雙表指示靈敏，；
　　(2)焊條保溫筒、刨錘、不銹鋼絲刷或銅絲刷配備齊全，特別是刨錘不得與碳鋼混用，應采用不銹鋼材料或在其表面堆焊不銹鋼；
　　(3)預熱及熱處理的設備完好，性能可靠，檢測儀表在校準周期內。
　　6.1.4施焊環境要求
　　鎳及鎳合金焊接施工的環境條件應達到以下要求：
　　(1)環境溫度不低于0℃；
　　(2)手弧焊時風速不大于8m／s，氬弧焊時風速不大于2m／s；
　　(3)相對濕度不大于90％；
　　(4)無雨、雪天氣。
　　6.2施工工藝
　　6.2.1坡口型式及尺寸
　　坡口型式見圖1所示、坡口尺寸見表5所示。
　　圖1坡口型式
　　         
　　
　　表5坡口尺寸

                  
　　6.2.2坡口清理及組對
　　(1)焊接坡口及其兩側用專用砂輪或不銹鋼絲刷將氧化層清除干凈，并用丙酮和無水乙醇去除其表面油污、水分、灰塵等有害物質，防止硫、鉛、磷或低熔點雜質混入熔敷金屬中。
　　(2)壁厚相同時，其內壁應做到平齊，內壁錯邊量要小于0.5mm。
　　(3)當壁厚不同時，其內壁厚差0.5mm或外壁厚差大于2mm時，應按圖2所示的要求加工。
　　圖2不同壁厚管子和管件的加工要求
　　      
　　6.2.3焊接方法
　　(1)采用氬弧焊接管徑小于等于3〃或壁厚小于6mm的對接焊縫；否則采用氬弧打底，焊條電弧焊填充蓋面；
　　(2)有熔透性要求的接管焊縫采用氬弧打底焊條電弧焊蓋面，采用焊條弧焊焊接非熔透性接管焊縫。
　　6.2.4定位焊
　　(1)用實芯焊絲鎢極氬弧焊進行定位焊接時，焊縫背面應進行充氬保護；
　　(2)定位焊長度為l0～15mm，高2～4mm且不超過壁厚的2／3；
　　(3)管道定位焊縫焊點數為2～5點，焊接前應將定位焊縫兩端磨削成便于引弧的斜坡；
　　(2)定位焊順序應上下相應交錯進行，點焊馬鞍口時應先點焊尖角兩點；
　　(3)對口所用的擋板及具應與母材材質相同。
　　6.2.5焊接要點
　　(1)在工藝參數范圍內盡量采用小的焊接線能量、短電弧、不擺動或小擺動的操作方法。
　　(2)焊接鎳及鎳合金使用的氬氣純度不應低于99．99％。打底時，熔池前沿保持直徑為2～3mm的小孔，焊絲以滴狀過渡至熔池。
　　(3)用角向磨光機或不銹鋼鋼絲刷徹底清理層間及表面，打磨和切割時不得與碳素鋼混用，必須使用白剛玉砂輪片；
　　(4)焊條電弧焊填充及蓋面時，為了防止焊接飛濺損傷母材，在坡口兩測大于lOOmm范圍內的母材上涂以自堊粉；
　　(5)管材及配件不得與碳鋼混放，要用膠皮或石棉布墊放；
　　(6)交叉作業時，要在管道的污染部位覆蓋石棉布；
　　(7)承插焊必須兩遍成型；
　　(8)為了防止焊接變形，當壁厚較大時，填平焊接宜選用對稱焊接；
　　(9)焊接完畢后，必須及時將焊縫表面的熔渣及周圍的飛濺物，防飛濺材料清理干凈。
　　6.2.6熱處理
　　鎳及鎳基合金焊接一般情況下不需預熱和熱處理，只是在耐蝕堆焊時考慮適當的預熱和熱處理。
　　6.2.7焊接注意事項及要求
　　(1)焊條筒內必須存放同牌號的焊條，而且存放時間不得超過4小時；
　　(2)各層各道的焊接接頭要錯開，層間清理要徹底；
　　(3)禁止在非焊接部位引弧及電弧擦傷管材表面；
　　(4)打底要控制好電弧，運弧及送絲要均勻，以保證焊縫根部熔合良好；
　　(5)層內溫度應小于1O0℃。
　　6.2.8焊縫返修
　　(1)清除缺陷后應將清除后的焊縫修磨成至少l：3的斜度；
　　(2)采用砂輪機磨削清除缺陷，根部缺陷磨削的寬度應在4-5mm。缺陷清除后，應對返修部位進行坡口修理磨槽兩側的角度大于25。，磨槽兩端的角度不小于45。；
　　(3)焊縫返修后仍按原規定檢驗；
　　(4)同一部位的返修次數不得超過兩次，需要超次返修時，應制定措施并經施工單位技術總負責人批準；
　　(5)應將焊接修補的部位、次數和檢測結果作好記錄存檔。
　　結束語
　　總之，在鎳及鎳基合金焊接施工中，我們首先要做好焊前清理，在保證熔合良好的前提下，選用較小的焊接線能量，嚴格控制層間溫度，選用較大的坡口角度和較小的鈍邊，盡量不使焊縫拉平或凹下。另外，在執行合適的焊接工藝的同時，還要在施工過程中嚴格管理，才能保證鎳及鎳基合金焊縫的焊接質量。
　　
　　參考文獻：
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