Incone1601鎳基合金的焊接

1、Incone1601鎳基合金的焊接摘?要:通過產(chǎn)品的制造實(shí)例，對Inconel601鎳基合金材料的特性及焊接特點(diǎn)進(jìn)行了分析。給出了該材料的焊接方法、焊接材料、焊接順序及焊接工藝參數(shù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計圖樣技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：Inconel601鎳基合金焊接近年來，隨著我國石油化工、精細(xì)化工、冶金、環(huán)保等行業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)過程中強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的使用場合越來越多，普通的奧氏體不銹鋼已經(jīng)不能滿足設(shè)備實(shí)際工況的使用要求。大量的鎳基合金材料被廣泛地應(yīng)用到了工程實(shí)際中。本公司為某工程承制的設(shè)備，其主體材料采用的是Inconel601合金，為達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求，在焊接前對該材料進(jìn)行了焊接工藝評定試驗。1 I

2、nconel601材料的特性Inconel601是美國SMC公司開發(fā)的一種材料的商品牌號，是一種添加了金屬鋁的耐高溫、耐腐蝕的鎳-鉻-鐵合金，ASME標(biāo)準(zhǔn)中牌號為AlloyUNSN06601。Inconel601合金的一個出色性能就是它的耐高溫抗氧化性，即使在溫度高達(dá)1180?C時，仍能夠表現(xiàn)出良好的抗氧化性能。由于鉻含量較高，該材料適用于多種腐蝕性介質(zhì)和抗高溫環(huán)境，同時，鋁元素的添加進(jìn)一步加強(qiáng)了抗氧化性能。這種材料廣泛應(yīng)用于各種熱工過程、化工過程、環(huán)保及發(fā)電等領(lǐng)域，如鈦白粉生產(chǎn)中的氧氣預(yù)熱器的輻射爐管、氨水改性中用的絕緣罐、硝酸生產(chǎn)設(shè)備中的催化格柵支架、高密度聚乙烯生產(chǎn)中的催化再生器以及空氣

3、預(yù)加熱器等等1,2。Inconel601材料是具有良好的高強(qiáng)度和高韌性的奧氏體合金，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1和表2。2 Inconel601材料的焊接性分析42.1焊接熱裂紋鎳基合金對熱裂敏感性高的原因是合金在凝固時，由低熔點(diǎn)共晶物或低熔點(diǎn)化合物形成的液態(tài)膜殘留在晶界區(qū)，在收縮力的作用下而產(chǎn)生開裂。而S,P,Pb,Zn等是造成晶間低熔點(diǎn)液態(tài)膜的主要元素。所以在焊接時為了防止熱裂紋應(yīng)采取以下措施：(1)焊接過程中，必須嚴(yán)格限制有害雜質(zhì)的侵入。為此，焊前必須對母材和焊絲進(jìn)行嚴(yán)格清理，徹底去除油脂和附著污物。(2)焊接時，選用比較低的線能量，采用小直徑焊絲、小電流、快速焊、多層多道焊，且焊接時不要

4、擺動，以減小電弧熱輸入。(3)降低層間溫度，加快焊縫冷卻的速度，高的層間溫度會導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)的過熱和奧氏體晶粒的長大，從而影響焊縫的耐腐蝕性能及焊縫的塑性和韌性。(4)盡可能降低焊縫和焊材中S，P雜質(zhì)的含量。2.2焊縫中的氣孔焊接時，坡口、近焊區(qū)及焊材上的油污、涂料、氧化物等污物不僅是產(chǎn)生熱裂紋的根源，也是產(chǎn)生氣孔的主要原因。另外，采用氬弧焊時，氬氣流量不合適或氬氣純度太低，也會產(chǎn)生氣孔。因此，焊接時周圍工作區(qū)環(huán)境的潔凈程度、焊前對坡口的清理工作就非常重要。焊前，一般對坡口及兩側(cè)（25?mm）用不銹鋼絲刷進(jìn)行徹底清理，使其露出金屬光澤，并嚴(yán)格用丙酮進(jìn)行擦洗。焊接用氬氣純度至少在99.99%

5、以上。焊接時，正面的氬氣流量控制在1214?L/mm,背面的氬氣流量控制在1718?L/mm。3 Inconel601材料的焊接3.1焊接方法Inconel601具有良好的焊接性能，為了獲得最佳的耐腐蝕性能，推薦選用手工鎢極氬弧焊（GTAW）。電源極性為直流正接。保護(hù)氣體采用100%Ar，純度為99.99%。3.2焊絲選擇焊絲選擇美國SMC公司生產(chǎn)的ERNiCrFe-11，規(guī)格為©2.4該焊絲符合ANSIAWSA5.14和ASMESFA5.14的相關(guān)要求。ERNiCrFe-11焊絲的化學(xué)成分如表3所示。3.3坡口制備坡口加工應(yīng)采用剪切、高壓水切割或水下等離子切割下料，用刨邊機(jī)加工坡口

6、，若采用等離子加工，則污染面必須用機(jī)械的方法打磨光亮，打磨時不能再出現(xiàn)過熱的表面。鎳基合金焊接熔池的粘滯性大，流動性差，熔深淺。因此，為了利于焊透和防止坡口邊緣產(chǎn)生未熔合，坡口采用V形且坡口角度較大些（60°70°,鈍邊要薄一些（0.51.5?mm），根部間隙稍寬（一般不小于焊絲的直徑），其尺寸如圖1所示。3.4焊前清理和焊接保護(hù)鎳基合金材料表面存在難溶的氧化膜，如氧化鎳NiO,其熔點(diǎn)為2090?C,而Inconel601的熔點(diǎn)在1400?C左右，若焊前不采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ宄砻嫜趸ぃ附訒r易使氧化膜成為焊縫的夾渣物而影響焊縫質(zhì)量。所以，焊前必須對坡口及兩側(cè)（25?mm）用

7、不銹鋼絲刷進(jìn)行徹底清理，使其露出金屬光澤，并嚴(yán)格用丙酮進(jìn)行擦洗，清除油污等含S,P污物。焊接過程中，加強(qiáng)對高溫熔池和高溫焊道進(jìn)行保護(hù)，保證熔池和焊絲熱端始終處在噴嘴的氬氣保護(hù)之下，高溫焊道用拖罩保護(hù)，防止焊縫金屬的氧化。3.5焊接工藝參數(shù)焊接方法方法采用手工鎢極氬弧焊（GTAW）,鎢極直徑©3.0?mm噴嘴直徑©18?mm氬氣純度99.99%氬氣流量為1214?L/min。焊絲為ERNiCrFe-11,©2.4?mm電流種類及極性采用直流正接，焊接電流為130140?A,焊接電壓為1012?V，焊接速度為70100?mm/min。3.6焊接順序焊接采用多層焊，其焊

8、接順序如圖2所示。封底焊道要熔透、成形均勻，以有利于耐蝕性要求。3.7焊接過程要求正式焊接前進(jìn)行定位焊，定位焊工藝與正式焊的焊接工藝參數(shù)相同，要求定位焊后對焊點(diǎn)進(jìn)行表面檢查，不允許存在裂紋等缺陷，并打磨清除焊點(diǎn)表面氧化物。焊接過程中的表面裂紋、氣孔等缺陷應(yīng)在熔敷下一焊道前打磨消除，每一道焊道表面的氧化物應(yīng)用不銹鋼絲刷逆向強(qiáng)力去除。施焊過程中，嚴(yán)格限制焊接線能量和層間溫度，線能量不應(yīng)超過10?kJ/cm,層間溫度控制在100?C以下。焊接過程中熔池和焊絲熱端要始終處在噴嘴的氬氣保護(hù)之下，高溫焊道用拖罩保護(hù)，保護(hù)氣體提前5S給出，熄弧后延時5S停氣施焊時，焊絲不得橫向擺動。4 Inconel601

9、材料的焊接檢驗焊后焊縫按JB/T4730和設(shè)計圖樣要求進(jìn)行外觀檢驗、100%RT和100%PT，內(nèi)部質(zhì)量符合JB/T4730-II級要求，表面質(zhì)量符合JB/T4730-I級要求。產(chǎn)品試板進(jìn)行力學(xué)性能檢驗。拉伸試驗：（Tb=720?MPa彎曲試驗：面、背彎（D=4a）180°，試驗結(jié)果完好無開裂。耐蝕性試驗：焊接接頭試件按照ASTMG28A法進(jìn)行晶間腐蝕試驗，試驗結(jié)果符合設(shè)計圖樣技術(shù)要求。5結(jié)論Inconel601材料通過選擇合適的焊接方法，匹配的焊接材料，合理的焊接工藝參數(shù)和措施，焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能完全能夠符合設(shè)計圖樣技術(shù)要求，在產(chǎn)品上獲得了成功的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 SpecialMetailsCorporation.INCONELalloy601.2 ThyssenKruppVDM.Nicrofer6023/6023H.ASMESB-168-2010SPECIFICATIONFORNICKELCHROMIUMIRONALLOYSANDNICKELCHROMIUMCOBALTMOLYBDENUMALLOY