Inconel625鎳合金焊接工藝簡述

吳俊 張勍

中國石油天然氣第七建設公司山東青島 266061

Inconel625鎳合金焊接工藝簡述

吳俊 張勍

中國石油天然氣第七建設公司山東青島 266061

遼陽石化公司200萬t/a加氫精制裝置中的核心設備高壓換熱器進出口在與管道連接時采用了焊接方式進行，這樣可以最大限度地降低泄露點從而保證密封質量。由于高壓換熱器進出口母材材質為12Cr2Mo1，焊前需進行預熱、焊后需進行熱處理，極大地增加了現場焊接施工的難度，為了解決這一難題，該設備出廠前在其出入管口處堆焊了一層8mm厚的鎳合金材料，材質牌號為Inconel 625。鎳合金Inconel 625為美國牌號，屬于耐高溫、抗腐蝕性材料，焊接難度大。本文通過現場的實際施工過程為依據，對鎳合金Inconel 625的焊接工藝進行介紹。

1 鎳合金材料的可焊性分析

鎳合金具有單向組織，焊接會產生焊縫的宏觀裂紋和微裂紋。故Inconel 625焊接時最常出現的缺陷是熱裂紋，主要原因是由于硫、鉛、磷或低熔點金屬混入，形成晶間薄膜引起高溫下嚴重脆化而引起的，特別是硫、磷共晶物熔點比鎳鐵低很多，在焊縫結晶時低熔點共晶物的液態膜殘留在晶界區。另外焊接熱輸入大，使焊縫接頭過熱產生粗大晶粒。在粗大的柱狀晶粒邊界上集中了一些低熔點共晶體，它們的強度低、脆性大，在焊接應力的作用下很容易形成熱裂紋。

焊接時還需避免的另一缺陷是氣孔，鎳合金熔池稠，流動性差，在焊接快速冷卻時，極易產生氣孔，氧氣、氫氣、氮氣、二氧化碳、一氧化碳氣體在熔化的液態鎳基合金中溶解度極大，而在固態下溶解度大大減小，鎳基合金焊接過程從高溫變冷時，氣體在熔敷金屬中的溶解度也隨之下降。游離出來的氣體在流動性差的液態鎳中不能在焊縫凝固前完全溢出而形成氣孔。而且流動性差也易產生夾渣缺陷。

綜上分析，鎳合金合金鋼的可焊性不是很好，焊接時應采取合理的焊接工藝和相應措施避免出現熱裂紋、氣孔等缺陷。

Inconel 625材質的化學成分和力學性能（見表1、2）。

表1 Inconel 625的化學成分

表2 Inconel 625的力學性能

2 焊接方法

考慮到現場施工特點，焊接時采用鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊填充蓋面的方法。氬弧焊打底時，為防止合金元素被氧化，背面必須充氬保護。

3 焊材選用

焊材選用根據焊件的化學成分、力學性能、使用條件和施焊條件進行綜合考慮。鎳合金的焊接，宜選用和母材合金系統相同的焊接材料，焊材選用(見表3)。

表3 焊材選用表

考慮到國內部份生產廠家焊材質量的不穩定性，建議采用進口焊材或上海電力、四川大西洋品牌的焊材。

4 焊材烘干

焊條使用前應按焊條產品說明書進行烘干。烘干后的焊條應儲存在100～150℃左右的恒溫箱內，焊工領用時，應用合格保溫筒領取，如領用時間超過4h，應重新烘烤，但重新烘烤次數不得超過2次。焊條烘烤溫度(見表4)。

5 施工環境

高溫管道施工時，焊接環境出現如下情況時，必須采用有效保護措施（如篷布，加熱等），方可施焊，否則禁止施焊。

表4 焊條烘烤溫度表

（1）環境溫度低于0℃；

（2）手工焊時，風速大于8m/s；鎢級氬弧焊時，風速大于2m/s；

（3）空氣相對濕度大于90%；

（4）雨、雪天氣。

6 施工準備

6.1 焊工要求

根據有關規定要求，焊接鎳基材料的焊工須按GB 50236-1998《現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范》中要求的內容、方法和結果進行考試，須按《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規則》進行焊工考試的組織、監督、發證和持證焊工的管理。

焊接鎳基材料的焊工必須按評定合格的焊接工藝進行考試，考試合格并取得相應的資質證方可承擔相應焊接工程的施工。

6.2 焊接工藝卡

現場施焊時，必須依據合格的焊接工藝評定制訂焊接工藝卡，指導焊接施工。

6.3 焊縫組對

(1)對接焊縫坡口形式及尺寸（見圖1）。

(2)組對錯邊量要求

管道或焊件組對時，內壁應平齊，內壁錯邊量不宜超過0.5mm；外壁錯邊量不宜超過1.0mm。

(3)定位焊接尺寸

焊口定位焊接采用根部定位焊縫形式，定位焊的焊縫長度、厚度、間距，應能保證焊縫在焊接過程中不開裂。

若用實芯焊絲鎢級氬弧焊進行定位焊，則焊縫背面應進行充氮保護；焊縫的長度宜為10～15mm，且不超過壁厚的2/3。

7 焊接工藝

7.1 焊前清理

鉛、硫、磷和某些低熔點元素能增加鎳合金焊接裂紋傾向，因此，在焊件焊接前，必須完全清除這些雜質。施工前用角向磨光機把坡口內外兩側表面50mm范圍內的油、漆、銹、垢、毛刺等雜物清除干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷。

7.2 焊接工藝要求

（1）焊接時必須保證焊透和熔合性，保證焊縫質量，為了減少熱裂紋，在保證焊透的前提下，盡量采用小的線能量、短電弧，不擺動或小擺動的操作方法。

（2）焊縫多層焊時，采用小電流多層多道焊。層間溫度須控制在100℃以下，層間檢查要仔細、清理要徹底，各層各道之間應相互錯開。

(3）氬弧焊打底時，背面必須充氬保護，保護措施可采用局部充氬（坡口兩內側貼水溶性）（見圖2）。管道充氬開始時流量適當加大，待管內空氣排干凈后方可施焊。焊接時氬氣流量逐步降低，避免氬氣流量偏大，管內壓力偏高而造成焊縫背面在成型時出現內凹或根部未焊透現象。

（4）焊接時層間溫度必須嚴格控制，測量采用紅外測溫儀，低于100℃時方可進行下一層焊接。

（5）每一層焊道必須清理干凈方可進行下一層焊接；焊后及時將焊縫表面的熔渣和飛濺清理干凈，焊接過程中缺陷清理用角向磨光機打磨時，必須防止局部熱量過高而產生熱裂紋。

（6）由于線能量要求小，采用鎢極氬弧焊打完底后，焊肉較薄，為保證焊接質量，打完底后先做滲透檢查看是否有裂紋，合格后繼續用鎢極氬弧焊進行焊接，待采用鎢極氬弧焊焊完三層后再做滲透檢查，合格后方可用焊條電弧焊進行焊接，焊接完畢后清理干凈焊縫表面雜物，再進行滲透檢查。

（7）焊接中應確保引弧和收弧質量，收弧時應將弧坑填滿。鎳合金焊接時，在收弧處易產生弧坑裂紋，收弧后應仔細檢弧坑處，發現有微裂紋應打磨除去。

7.3 焊接工藝參數

本項目采用的焊接工藝參數（見表5）。

8 焊接接頭質量檢查

（1）外觀質量要求符合GB 50236-1998《現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范》與SH/T 3523-1999《石油化工鉻鎳奧氏體鋼，鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規程》相關要求。

（2）所有對接焊縫100%射線探傷。

（3）Inconel625打底焊后、鎢極氬弧焊焊完后和全部焊接完畢后，必須做100%滲透檢測，全部合格后，方可進行下一道工序。

表5 焊接工藝參數

（4）執行無損檢測標準：JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》。

9 焊縫返修

（1）返修焊縫缺陷的清理，采用角向磨光機打磨，不允許用碳弧氣刨清理缺陷，并修整成適合補焊的形狀，確認缺陷已消除后方可補焊。

（2）返修時易用鎢級氬弧焊，并采用已經評定合格的工藝參數進行施焊。

（3）返修部位應按原檢測方法進行檢驗，其質量要求與原焊縫相同。

（4）同一部位的返修次數不宜超過兩次，超過返修應制訂措施，經施工單位技術總負責人批準。

10 結語

鎳基合金具有獨特的物理、化學和耐蝕性能，在200～1900℃范圍內能抗各種介質的侵蝕，同時具有良好的高溫和低溫力學性能，但由于價格昂貴因此多用于母材表面堆焊。本裝置高壓換熱設備的高溫高壓焊口經過焊前的精心準備、嚴格的施工過程控制、合理的焊接工藝，以及管道合理組對、安裝，整體安裝質量非常理想，共射線檢測鎳基材料焊口12道，拍片72張，出現不合格片1張，合格率為98.6%，成功地完成了鎳基材料組

對焊接任務，為以后同類材質的焊接積累了寶貴的經驗。

1TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》.

2GB150-1998《鋼制壓力容器》.

3GB 50236-1998《現場設備工業管道焊接工程施工及驗收規范》.

4JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》.

5JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規程》.

6SH/T 3523-2009《石油化工鉻鎳奧氏體鋼、鐵鎳合金和鎳合金管道焊接規程》.

7JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》.

TG47

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1672-9323（2012）03-0069-03

2012-03-11）