以Monel-400材料焊制容器為例談其優(yōu)化工藝

楊影洲

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

以Monel-400材料焊制容器為例談其優(yōu)化工藝

楊影洲

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

隨著化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，有色金屬由于具有良好的物理和化學(xué)性能，而得到了廣泛的應(yīng)用.蒙乃爾合金400即Monel-400具有良好的抗酸、堿等腐蝕性能，能夠在環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下發(fā)揮良好的性能，因此被用作抗腐蝕性的設(shè)備和管道的結(jié)構(gòu)材料.但是由于Monel-400合金材料在高溫的條件下能夠和空氣中很多元素發(fā)生反應(yīng)，從而影響了焊接材料的性能，加強(qiáng)對(duì)Monel-400焊制容器的工藝研究具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義.

Monel-400合金；焊接；工藝

鎳銅合金具備了銅的貴金屬性和鎳的鈍化性，而且在氧化性的條件下比銅穩(wěn)定，在還原性的條件下比鎳的耐腐蝕，所以具有單一金屬所沒(méi)有的化學(xué)性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了青睞.Monel-400合金材料對(duì)于條件比較嚴(yán)格的稀鹽酸、硫酸、磷酸和堿性環(huán)境等，特別是對(duì)氫氟酸等都具有良好的耐腐蝕性，可以有效的延長(zhǎng)化工、石油、藥業(yè)等行業(yè)中腐蝕性和壓力環(huán)境性的壓力容器等設(shè)備的壽命，減少其使用和維護(hù)的成本.

1 Monel-400合金材料簡(jiǎn)介

鎳的化學(xué)性不活潑，在氧化反應(yīng)的初期就可以生成氧化膜從而防止其進(jìn)一步的發(fā)生氧化和腐蝕，在高溫的條件下也具有良好的抗腐蝕性.鎳和其它的金屬元素組成合金之后，其抗腐蝕性、抗氧化性和力學(xué)性能都得到了明顯的提高[1].同時(shí)在焊接的過(guò)程中和一般的鋼鐵材料不同，其最容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷.Monel-400合金具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，而且具有良好的焊接性能，在焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊以及鎢極氣體保護(hù)焊等焊接方法中都有良好的效果，而且不需要進(jìn)行預(yù)熱處理和焊接后熱處理.但是由于Monel-400材料的價(jià)格昂貴，為了降低其使用成本，常常和鋼材料復(fù)合之后使用，因此在碳鋼基體表面堆焊Monel-400合金材料作為耐腐蝕層是常見的基本復(fù)合方法.

隨著溫度的升高，在焊接的過(guò)程中，Monel-400合金材料在溫度比較高的情況下，其化學(xué)性質(zhì)變的活潑，而且具有很強(qiáng)的吸收空氣中其它雜質(zhì)元素和粉塵的能力，從而影響了材料的焊接質(zhì)量.Monel-400合金的抗腐蝕性主要來(lái)自于其表面所形成的氧化膜和氧化膜的完整性，如果Monel-400合金吸收了一定的雜質(zhì)之后，其抗腐蝕性和力學(xué)性都急劇的下降，從而形成裂紋等現(xiàn)象[2].Monel-400合金對(duì)工作環(huán)境的苛刻性要求，決定了其施工階段應(yīng)當(dāng)控制好周圍的環(huán)境，其中封閉性的潔凈環(huán)境是非常必要，同時(shí)還要發(fā)展出現(xiàn)粉塵污染，控制好周圍環(huán)境的干燥度.

對(duì)Monel-400合金材料來(lái)說(shuō)，由于其熱膨脹系數(shù)比較低，而且熱變形和相變時(shí)的變形都比較小，再加上本身具有非常高的純度，所以在一般的焊接過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生缺陷等問(wèn)題.但是由于其它因素的影響，降低了焊接的質(zhì)量.例如在焊縫組對(duì)的過(guò)程中如果有外界應(yīng)力的存在，則會(huì)產(chǎn)生冷裂紋的現(xiàn)象.同時(shí)由于在焊接的過(guò)程需要?dú)鍤獾谋Ｗo(hù)，氬原子具有從低溫向高溫?cái)U(kuò)散和聚集的特點(diǎn)，所以使這些部分成為了保護(hù)的薄弱地方，容易產(chǎn)生焊接延遲裂紋現(xiàn)象.當(dāng)其中的碳和硅的含量達(dá)到一定程度的時(shí)候，其焊接性能變的非常的差，而且雜質(zhì)以液態(tài)金屬薄膜的形式存在于容器的表面而形成比較大的收縮力，出現(xiàn)熱裂紋的現(xiàn)象[3].在焊縫部位由于熱應(yīng)力的作用和材料質(zhì)量的變化，出現(xiàn)材料的聚集和延伸等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致高溫波動(dòng)引發(fā)的弧波裂紋.因此在焊接有色金屬過(guò)程中要增強(qiáng)對(duì)焊縫的保護(hù)，加強(qiáng)其背面的充氬保護(hù)是十分必要的.

2 提高M(jìn)onel-400合金材料焊接工藝的研究

由于Monel-400合金的導(dǎo)熱率比較低，在焊接的過(guò)程中容易發(fā)生過(guò)熱開裂等現(xiàn)象，因此嚴(yán)格的控制其焊接工藝是提高其質(zhì)量的重要方法.僅僅的依靠減少焊接電流的方法，并不能夠取得良好的效果.這是由于液態(tài)的Monel-400材料的流動(dòng)性差，而熔深淺，所以在焊接的工程中其電流不應(yīng)太小，為了保證焊縫良好的熔合應(yīng)當(dāng)能力提高焊接的速度來(lái)控制其熱量[4].一般容器焊接工藝參數(shù)要求如下：

焊接層數(shù) 焊接電流（A）層間溫度（℃）1 70～100 10～12 50～60 ≤80 2～4 100～120 12～14 60～70 ≤80電弧電壓（V）焊接速度（mm/min）

為了提高M(jìn)onel-400合金的焊接工藝，應(yīng)當(dāng)做好以下幾個(gè)方面：

2.1 制定針對(duì)性的焊接工藝的指導(dǎo)說(shuō)明書，做好現(xiàn)場(chǎng)焊接控制作業(yè).在焊接的過(guò)程中要嚴(yán)格的控制焊接線的能量，減少焊接熱的輸入.控制容器焊口的焊層厚度，便于施工人員把握好焊接區(qū)域的溫度和冷卻溫度，一般焊接層間的溫度不應(yīng)當(dāng)大于80℃.根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊層過(guò)多的時(shí)候容易產(chǎn)生弧波裂紋，所以在控制好應(yīng)力集中區(qū)域較小和晶粒度細(xì)小的基礎(chǔ)上盡可能的減少焊接層數(shù)，這中操作工藝能夠有效的提高焊接的質(zhì)量和效率.在焊接的過(guò)程中要保證容器焊縫中的氬氣置換徹底，要保證氬氣的純度達(dá)到99.99%以上.其中氬氣的含量是影響焊縫保護(hù)效果的重要參數(shù)，控制氬氣的流量是得到優(yōu)秀的焊縫的關(guān)鍵，如果氬氣的流量比較大，容易在焊接的過(guò)程中出現(xiàn)裂縫、氣孔、夾渣等缺陷，根據(jù)操作的經(jīng)驗(yàn)一般氬氣的流量在8～12L/min比較合適[5].對(duì)焊炬噴嘴的直徑應(yīng)當(dāng)控制在20～25mm左右，使噴嘴噴出的氬氣的流量保持穩(wěn)定的狀態(tài)，從而有效的保護(hù)好焊縫、焊池、熱影響區(qū).做好氬氣的氣體隔離，可以減少產(chǎn)生焊接裂紋等其它缺陷，有效的保證了焊接的質(zhì)量.在焊接的過(guò)程中，焊絲的熔化端應(yīng)當(dāng)處于純氬的保護(hù)中，當(dāng)息弧之后要等待熔化端冷卻之后才能夠從氬氣中取出.如果焊絲頭被氧化或者污染，其污染和氧化部分必須切除.在焊接的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)密切的關(guān)注焊道的色澤，如果發(fā)現(xiàn)有比較明顯的焊縫缺陷，要馬上停止焊接作業(yè)，把氧化部分給予切除或者打磨掉，保證焊接的質(zhì)量.

2.2 對(duì)焊縫質(zhì)量的控制.對(duì)于焊縫表面產(chǎn)生的氧化部分和經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的不合格部分，要進(jìn)行返修處理.在返修之前要根據(jù)焊縫所存在的缺陷，正確的分析其中的原因，從而制定針對(duì)性的返修方案.對(duì)焊縫的返修必須按照預(yù)定的方案進(jìn)行操作，采用和正式焊接同樣或者更加嚴(yán)格的工藝水平.對(duì)于同一部位的焊縫的返修不能超過(guò)兩次，否則容易產(chǎn)生弧波裂紋和造成局部材料的惡化現(xiàn)象[6].在利用氬弧補(bǔ)焊的過(guò)程中，要重視氬氣的保護(hù)，在焊接的過(guò)程中焊接接頭和其附近的區(qū)域應(yīng)當(dāng)保護(hù)到200℃.如果焊接完成后出現(xiàn)裂紋、氣孔以及焊接的顏色不是銀白色，應(yīng)當(dāng)磨去重新焊接.當(dāng)焊縫同一部位的焊接次數(shù)超過(guò)兩次，在補(bǔ)焊之前應(yīng)當(dāng)有施工負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，有技術(shù)可靠的高級(jí)技師操作.

除此之外，Monel-400合金利用鎢極氬弧焊接時(shí)，其焊接的溫度不能夠低于5℃，其濕度要在80%以內(nèi)，施工現(xiàn)場(chǎng)要支持足夠的干燥，必要的時(shí)候要配置去濕機(jī)；加強(qiáng)焊接區(qū)域的保護(hù)，可以搭設(shè)防塵棚等措施，防止其受自然因素的影響而降低其施工的質(zhì)量[7].要嚴(yán)禁在容器的表面任意的引弧，在焊接之前可以在引弧板上進(jìn)行測(cè)試；在焊接之前要提前輸送氬氣.在焊接的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的一次性焊完一道焊縫之后再進(jìn)行下一步的操作，減少焊接接頭的數(shù)量，同時(shí)也防止產(chǎn)生焊接弧波裂紋.

3 結(jié)束語(yǔ)

在應(yīng)用Monel-400合金材料焊接的過(guò)程中，要不斷的研究和更新其焊接工藝，提高其力學(xué)性能和使用功能.按照相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)對(duì)焊縫的檢測(cè)，當(dāng)焊縫的缺陷超過(guò)規(guī)定的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行返修操作.在焊接的過(guò)程中，要嚴(yán)格的控制好焊接工藝，通過(guò)不斷的優(yōu)化其工藝水平，提高容器的焊接質(zhì)量.

〔1〕王富.含鋁Monel合金的制備及組織的研究[D].西安理工大學(xué),2008.

〔2〕劉軼暄.Monel-400合金圓筒環(huán)焊溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué),2011.

〔3〕楊東光.Al、Si、Ti對(duì)時(shí)效Monel合金強(qiáng)化及抗氟性能的影響[D].昆明理工大學(xué),2012.

〔4〕馬魁,李哲,陳重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高溫力學(xué)性能及熱脆分析[J].中國(guó)體視學(xué)與圖像分析,2012,(04):383-388.

〔5〕馬魁,李哲,陳重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高溫力學(xué)性能及熱脆分析[A].中國(guó)體視學(xué)學(xué)會(huì)材料科學(xué)分會(huì).第八屆全國(guó)材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].中國(guó)體視學(xué)學(xué)會(huì)材料科學(xué)分會(huì),2012.6.

〔6〕呂靜,李春靜,阮鑫，等.Monel-400焊制容器的主要缺陷及優(yōu)化工藝[J].有色金屬（冶煉部分）, 2011(07):43-47.

〔7〕阮鑫,谷菲菲,齊廣輝，等.化工用Monel-400容器的焊接裂紋成因及優(yōu)化工藝 [J].焊接,2010 (06):43-47.

TG441

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1673-260X（2014）03-0075-02