镍及镍基合金焊接PPT课件
镍及镍合金的焊接
第6章镍及镍合金的焊接镍及镍合金具有独特的物理性能和力学性能，耐蚀性强，在200~1090℃范围内能耐各种介质的侵蚀，具有良好的高温和低温性能，在石化、航空航天、海洋开发等许多领域得到广泛应用。
航空发动机需要的镍合金材料占整体结构材料的一半以上，包括发动机的燃烧室、火箭叶片、导向叶片等均采用镍合金的焊接结构.所以，镍及镍合金的焊接技术在结构制造中占据着重要地位。
6.1 镍及镍合金的性能及焊接性特点6.1.1 镍及镍合金的分类工业生产中常用的纯镍及镍合金的种类较多，通常是按合金元素、强化方式、成形方法和用途进行分类。
(1) 按合金元素分类镍及镍合金根据合金元素含量不同，可分为工业纯镍和镍合金。
镍合金是在纯镍中加入Cu、Cr、Mo、Fe、Nb、W等合金元素形成的，如Ni-Cu、Ni-Cr-X和Ni-Cr-Mo-Cu等。
①工业纯镍颜色比银略黄而有光泽，具有优良的塑性和韧性，还具有耐大气、碱、淡水等介质的锈蚀能力。
在工业生产中，纯镍多数是以压延制成板材用于产品结构。
镍的成分占99%以上，含碳量不超过0.3%，在高温中比较稳定，有一定的热强性。
②Ni-Cu合金也称为蒙乃尔合金（Monel），兼备Cu和Ni的耐蚀性，在还原介质中比Ni的耐蚀性强。
Ni-Cu合金对、中性水溶液、苛性碱溶液、稀硫酸和磷酸等具有良好的耐蚀性能。
但在卤化物和浓硝酸溶液中耐蚀性较差。
③Ni-Cr和Ni-Cr-Fe合金也称为因康乃尔合金（Inconel），含镍量较多，约占70%以上。
这种合金具有抗高温氧化和耐氯离子介质的应力腐蚀性能。
固溶状态的Inconel合金，不含氯离子和氧的高纯度水中具有晶间应力腐蚀开裂倾向。
④Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-Cu合金也称为哈斯特洛依合金（Hastelloy）。
Ni-Cr-Mo 合金由于加入较多的Cr和Mo，具有较强的耐蚀性，如耐各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐的混合物和亚硫酸的腐蚀。
镍及镍合金的焊接工艺
镍及镍合金的焊接工艺一、焊接方法的选择根据镍及镍合金可焊性特点，焊接工艺方法的选择是否能焊好镍及镍合金材料的关键。
·生产实践证明，焊接这种材料的方法可有多种，可根据不同的生产条件和结构性能的要求，可以选择不同的焊接方法。
诸如:焊条电弧焊、埋弧自动焊、TIG、MIG、扩散焊、电阻点焊、缝焊及对焊等;还可以采用等离子弧焊、电子束焊以及钎焊等方法。
但在生产中应用比较多的是钨极氩弧焊(TIG)和焊条电弧焊。
二、焊前准备首先焊前必须清除工件表面上的油脂、漆和油垢，还有氧化膜等污物。
表面上氧化膜及污点，在加热气氛中表面上也会形成还原性氧化物。
镍基合金熔化焊与焊接钢相比有低熔透性的特点，熔池小，熔附金属流动性差。
从焊接性能来看，不宜采用大的线能量来增加熔透性，以防止焊接材料过热，使脱氧元素过多的烧损以及焊接熔池过分搅动所导致的焊缝成型不良。
为保证熔透，应选用大坡口角度和小钝边的接头形式。
三、预热和焊后热处理轧制的镍基合金一般不需预热，但当母材温度低于15℃以下时，应对接头两侧250-300mm宽的区域加热15-20℃，以免湿气冷凝导致焊缝气孔。
层间温度应严格控制，生产实践中大都控制在100℃以下，以减少过热。
虽然有时为保证使用中不发生晶间腐蚀或应力腐蚀而采取稳定化处理，但一般不推荐焊后热处理。
四、钨极氩弧焊焊接工艺钨极氩弧焊是镍基合金生产口应用最广泛的焊接方法，一般采用直流正极性，高频引弧以及电流衰减，延时断气的焊接技术。
(1)氩气作为保护气体，要求必须干燥而且纯度要高，同时背面应通以氩气保护。
(2)钨极通常采用铈钨极，磨成尖部直径0.4mm，夹角30-60度的尖状，可保证电弧稳定和足够的熔深。
应注意避免钨极与熔池相接触，尖端污染必须磨掉。
(3)焊丝选择是决定焊接接头质量和性能的关键。
TIG用的焊丝大多与母材成分相当。
(4)工艺特点·施焊时应采取短弧、快速焊。
·操作时可作微小摆动，但应掌握好焊炬和焊丝的角度。
镍及镍合金焊接操作工艺规范.2011.11.28.F
一. 制定镍及镍合金焊接规范的目的：氯碱化工制碱成套设备的开发、制造是我公司确定的重要增长极，也是我公司发展壮大的战略部署。
镍及镍合金焊接是氯碱化工制碱工艺流程主要耐蚀设备制作的关键工序之一，镍及镍合金焊接质量的好坏直接影响到该设备的使用寿命，因此它也是我公司成功进入制碱设备制造的核心技术之一。
为严格把握镍及镍合金的焊接质量特制订本规范。
二. 镍材焊接的特点及注意事项：因为镍具有单相组织，焊接时存在焊接热裂纹倾向、焊缝气孔、焊接接头的晶间腐蚀倾向等等。
1. 镍在高温中易于生成高度致密的保护膜，在多层焊接的结合面易产生裂纹缺陷，严重影响到材料焊接处的强度及耐蚀性，因此焊接时必须采用氩气保护焊。
在焊接面上应采用专门的保护罩防止氩气的扩散，提高氩气保护层的浓度；镍材间焊接时焊缝背后面也应有氩气保护，防止镍金属在高温时的氧化。
2.镍材的焊接最容易出现的缺陷为裂纹。
产生裂纹的主要元素为氧(O)、硫(S)、铅(Pb)等，它们易与镍形成低熔点的共晶体分布于晶界上。
在焊接时必须选用含氧、硫、铅低，且与母材耐蚀性相同的焊丝，同时注意坡口及中间焊缝表面的氧化层的清除工作。
3.镍材的焊接最容易出现的焊缝缺陷还有气孔。
焊丝、焊件表面上的水分、锈蚀、油污则是焊缝中形成氢气孔的主要来源。
因此镍的焊接必须注意焊缝表面的清洁以及焊丝、焊件的加热、保温和烘干。
4. 高温含硫气体能使镍材腐蚀和变脆。
焊接或热处理前，应彻底清除工件上的油污、油漆及润滑剂等一切含硫或含铅的污染物。
加热炉的气氛中应严格控制含硫量。
加热用煤气或天然气的含硫量应小于0.57g/m3(重庆气矿对天然气脱硫规定为小于0.29g/m3),燃料油的含硫量应小于0.5%，不得用焦炭或煤加热。
5. 焊接热循环的影响：在焊接的热作用下，焊缝和基本金属容易过热，造成晶粒粗大，使接头力学性能和耐腐蚀性能下降。
6.焊接热裂纹的产生：镍基合金具有高的焊接热裂敏感性，在弧坑易产生大口裂纹，焊缝可能产生宏观裂纹、微观裂纹或二者同时存在的裂纹。
镍基合金 PPT课件
镍的一个重要特性是耐碱腐蚀,镍耐碱脆破裂的性能较好
镍耐磷酸腐蚀性能较好.在室温的一切浓度磷酸中，镍 都是耐蚀的 镍耐脱气的稀盐酸腐蚀
11
第五章：镍基合金 5.1 概述
二、纯镍的耐蚀性及合金元素的作用
2、合金元素在镍基耐蚀合金中的作用 镍基耐蚀合金中主要添加的元素是：Cr、Cu、Mo
(1)、Cr的作用 铬在镍基合金中最主要的作用是增加抗氧化性介质耐蚀能 力。当铬量达到一定的临界值后，会在表面上生成一层连 续、致密、附着性良好的Cr2O3膜，对合金抗氧化性介质 腐蚀起保护作用。 Cr在镍基合金中主要以固溶态存在于基体中，少量生成碳 化物
7
第五章：镍基合金 5.1 概述 2、镍基耐蚀合金
主要有以下五个系列
一、高镍耐蚀合金分类
(1) Ni-Cu 型耐蚀合金-蒙乃尔合金 如Ni66Cu32 (Monel 400)、 Ni 65-Cu30 (Monel k-500) 等 (2) Ni-Cr 型耐蚀合金-Inconel合金
如0Cr15Ni75Fe ( Inconel 600) 、0Cr30Ni60Fe10 ( Inconel 690) 、
第五章：镍基合金
第五章：镍基合金
1
第五章：镍基合金 5.1 概述 5.2 各种镍基耐蚀合金介绍 5.3 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
2
第五章：镍基合金 5.1 概述 镍在许多腐蚀性苛刻的介质中,都具有很高的耐蚀性能。 镍对铜、铬、铁等金属元素有较高的固溶度,因而能组 成成分范围广泛的镍合金。
镍合金与不锈钢中镍含量的区别是:
一般不锈钢镍含量在20 %以下; 若镍含量在20 %～30 %之 间,则称高镍不锈钢; 镍合金中的镍含量在30 %以上, 称为高镍耐蚀合金; 凡镍含量不小于30 % ,Ni + Fe ≥50 %的称为铁镍基耐蚀合金; 凡镍含量不小于50 %者,称为镍基耐蚀合金
镍及镍合金的焊接工艺
镍及镍合金的焊接工艺一、常用镍及镍基合金及其分类镍及镍基合金具有特殊的物理、力学及耐腐蚀性能，镍基耐蚀合金在200～1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀，同时具有良好的高温和低温力学性能，尤其在一些苛刻腐蚀条件下是一般不锈钢所无法取代的优良材料。
在镍中添加铬、铜、铁、钼、铝、钛、铌、钨等元素后，通过固溶强化，不但可以改善纯镍的力学性能，而且可适应于各种腐蚀介质下侵蚀，并使之具有优良的耐腐蚀性。
镍基耐蚀合金根据其合金元素的含量和所占比例进行分类和命名，如Ni-Cu合金称为蒙乃尔合金；Ni-Cr-Fe合金中镍含量占优势，称因康镍合金，若铁含量高则称因康洛依合金；对于钼含量较高的Ni-Cr-Mo合金则多数称哈斯特洛依合金，也称海氏合金或哈氏合金。
二、镍及镍合金的焊接特点1、焊接热裂纹由于镍基合金为单相奥氏体组织，所以与不锈钢相比，具有高的焊接热裂纹敏感性，特别是焊缝易产生多边化晶间裂纹。
这种裂纹为微裂纹，焊后对焊缝进行着色检查时，短时间一般发现不了，但经过一段时间后，才会显露出来。
2、限制热输入采用高热输入焊接镍基耐蚀合金可能产生不利的影响。
在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大，高热输入可能产生过度的偏析、碳化物的沉淀或其他有害的冶金现象，易引起热裂纹或降低耐蚀性。
如果热输入过小，会加速焊缝的凝固结晶速度，更易形成多边晶界，在一定应力下有助于多边化裂纹的产生。
3、耐蚀性能对于大多数镍基耐蚀合金，焊后对耐蚀性能并没有多大影响。
通常选择填充材料的化学成分与母材接近。
但有些镍基合金焊接加热后对靠近焊缝的热影响区产生有害影响，如Ni-Mo合金通过焊后退火处理来恢复热影响区的耐蚀性，而对于大多数镍基合金不需要通过焊后热处理来恢复耐蚀性。
4、工艺特性（1）镍及镍基合金液态焊缝金属流动性差，不像钢焊缝金属那样容易润湿展开。
由于需要控制接头的焊缝金属，镍基耐蚀合金接头形式与钢不同，接头的坡口角度更大，以便使用摆动工艺。
镍基合金的加工和焊接
镍基合金的加工和焊接
ACCEPTABLE WELDING PROCESSES
MOST COMMON 常用方法
• Gas Tungsten Arc Welding 钨极氩弧焊 (GTAW) • Gas Metal Arc Welding 熔化极弧焊 (GMAW) • Shielded Metal Arc Welding 手弧焊 (SMAW)
氧气，二氧化碳，氮气，湿气会导致气孔
Back purge the root side of the weld joint (100% argon).
背部保护气(100% 氩气)
–
Flow rates - 5-10 CFH (2.4-4.7L/min). 流速 5-10 CFH (2.4-4.7L/min)
–
WELD METAL SELECTION
Overalloyed Filler Technique 过合金焊材焊接
–
A weld product more highly alloyed than either base material is selected.
使用比所有母材都高级的材料焊接
–
Super stainless steel AL6XN/AL6XN is routinely welded with either C-22 or C-276 alloys.
C-276 C-22® G-30® C-2000® B-2 B-3® X 230-W® HR-160® 556®
JOINT DESIGN 接头设计
镍的焊接技术
实例——Ni200纯镍管道焊接某化工集团5万吨离子膜片碱装置采用纯镍管道Ni200材料，管道总条240多米，焊口260多个，管道最小规格DN25mm，最大规格DN800mm，壁厚3.05～4.31mm，Ni200纯镍化学成分和焊丝化学成分见表13。
表13 Ni200纯镍化学成分和焊丝化学成分（1）低碳镍钢的焊接性分析为便于分析，将纯镍Ni200、低碳钢Q235和不锈钢18-8物理性能作一比较（见表14），纯镍焊接主要存在焊接热裂缝、气孔和外观成形差。
①焊接热裂纹纯镍含量大于或等于99％，焊接时具有一定的热裂倾向与材料中是否含有硫、磷等有害元素及含量有关，即使少量，也会产生相当大的影响，随着S、P含量增高，热裂倾向大大增加，因此控制材料中的S、P杂质，防止S、P的污染非常重要。
②焊缝气孔纯镍对氢气孔非常敏感，氢在液态金属中溶解度较大，随着温度下降而显著降低，由于纯镍热导率大，固液相温度区间小，液态金属黏度大，流动性差，焊缝结晶凝固快，熔池液态金属中溶解的氢不易析出，便生成气孔。
减少气孔必须采用合适的焊接材料，并保证焊件和焊丝的清洁、干燥，防止外界空气、油脂、水分等污染熔池。
当环境气温低于16℃时易产生气孔，这是坡口表面存在冷凝水的缘故，焊前必须预热，施焊时还要求空气相对湿度小于65％。
③未熔合和焊缝成形差由于纯镍热导率大，熔池冷却凝固快，小电流焊接不易充分熔化母材，导致焊缝易出现未熔合缺陷。
液态金属流动性和润湿性差，焊缝表面纹路较粗，且易产生咬边、凹陷，焊缝成形不如碳钢、不锈钢美观。
（2）焊接工艺①焊接方法采用钨极氩弧焊对熔池保护效果好，易操作，易保证焊接质量。
焊丝采用ERNi-1，直径2.5mm，该焊丝中含有Mn、Mn与S化合能阻止低熔共晶NiS的形成，能有效预防热裂纹的产生，焊丝中少量的铝、钛元素能起到脱氧剂的作用。
为了保护纯镍不受环境污染，Ni管子必须存放在干净、干燥和安全的仓库内，并由专人负责保管，保管和施工人员不能直接用手触摸材料，必须穿干净的工作服，戴干净的手套，总之不准对材料带来污染。
焊接培训：镍及镍合金基础资料
合金标记 符号
NiCr26Fe20Co3Mo3W3 NiCr29Fe8
NiCr16Mo16Ti NiCr21Mo13Fe4W3
NiCr22Mo9Nb NiCr20Ti
NiCr20Ti2Al NiCu30
NiCu30-LC NiCu30Al3Ti NiFe30Cr21Mo3 NiFe38Cr12Mo6Ti3 NiMo18Cr15Fe6W4
IS06372-3 ISO/DIS9723
镍与镍合金—术语和定义，第一部分：塑性产品及 铸件
镍与镍合金棒材
ISO/DIS9724
镍与镍合金线材
ISO/DIS9725
镍与镍合金锻件
镍基材料按ISO9722（1992）与DIN标记对照
数字 NW2200 NW2201 NW3021 NW7263 NW7001 NW7090 NW6617 NW7750 NW6600 NW6602 NW7718 NW6002 NW6007 NW6985 NW6601
材料编号
2.4066 2.4068 2.4634 2.4650 2.4654 2.4632 2.4663 2.4694 2.4816 2.4817 2.4666 2.4665 2.4618 2.4619 2.4851
合金名称
Nickel200 Nickel201 Alloy105 AlloyC-263 Heat resistant Alloy90 Alloy617 Alloy750 Alloy600 Alloy602 Alloy718
AlloyX AlloyG AlloyG3 Alloy601
数字 NW6333 NW6690 NW6455 NW6022 NW6625 NW6621 NW7080 NW4400 NW4402 NW5500 NW8825 NW9901 NW0276 NW0665 NW0629 NW8028 NW8800 NW8810 NW8811 NW8801 NW8020
镍及镍合金的焊接-焊接工艺要求
10.3.7
焊接完毕后，应及时将焊缝表面的熔渣及表 面飞溅物清理干净
10.3.8
施工单位检查评定记录
监理单位验收记录
结
论 施工单位项目负责人： （签章）
年月日
监理工程师 （建设单位项目负责人）：
（签章）
年月日
并应采用短弧不摆动或小摆动的操作方法
焊缝多层焊时，宜采用多道焊，底层焊道完 成后，应采用放大镜检查焊道表面，每一焊 道完成后均应彻底清除焊道表面的熔渣并进 行检查，消除各种表面缺陷，每层焊道的接 头应错开 当焊件温度低于15℃时，应对焊缝两侧各 300 ㎜范围内加热至15～20℃，且应热透，对拘 束度大的厚壁焊件，宜采取预热措施。层间 温度应低于100℃ 当采用钨极氩弧焊方法焊接底层焊道时，焊 缝背面应采取氩气保护措施。焊接过程中， 焊丝的加热端应置于保护气体中
现场设备、工业管道焊接工程施工及验收记录
工程名称
Hale Waihona Puke 施工单位施工执行规范 名称及编号
监理单位
子分部工程名称
镍及镍合金的焊接
分项工程名称
焊接工艺要求
项
目
《规范》 章节条款
镍及镍合金管的底层焊道焊接时，宜采用钨 极氩弧焊方法，当采用手工电弧焊方法时， 宜采用专用打底焊条
焊接应采用小线能量和保持电弧电压的稳 定，
10.3.1 10.3.2 10.3.3
10.3.4 10.3.5
焊件表面严禁有电弧擦伤，且不得在焊件表 面引弧和熄弧，焊接熄弧时应填满弧坑，并 应磨去弧坑缺陷
10.3.6
对于小直径的管子，焊接中宜采取在焊缝两 侧加装冷却铜块或用湿布擦拭焊缝两侧等措 施，减少焊缝的高温停留时间，增加焊缝的 冷却速度
镍及镍基合金焊接课件
对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能测试，确保满足设计 要求。
07
CATALOGUE
案例分析
航空航天领域的应用案例
总结词
航空航天领域对材料性能要求极高，镍及镍基合金因其优异 的高温性能和耐腐蚀性而被广泛应用。
详细描述
镍基合金焊接在航空发动机制造中具有重要应用，如涡轮叶 片、燃烧室等关键部件的制造。通过先进的焊接工艺，确保 了发动机的性能和安全性。
镍及镍基合金焊接课件
CATALOGUE
目 录
• 镍及镍基合金概述 • 焊接基础 • 镍及镍基合金焊接特性 • 焊接方法与工艺 • 焊接材料选择 • 焊接质量控制与检验 • 案例分析
01
CATALOGUE
镍及镍基合金概述
镍及镍基合金的定义
镍及镍基合金
镍及镍基合金是一种以镍为主要成分 的合金，通常含有铁、铬、钴等元素 ，具有优良的耐腐蚀性、高温强度和 良好的加工性能。
镍基合金
镍基合金是以镍为主要成分，加入其他元素组成的合金，具有良好的高温强度、 耐腐蚀性和抗氧化性，广泛应用于航空、航天、石油化工等领域。
焊接材料的选择
镍及镍基合金的焊接材料主要包括焊 条、焊丝和焊剂等。选择焊接材料时 ，应考虑母材的化学成分、力学性能 和焊接工艺要求等因素。
对于纯镍和镍基合金的焊接，应选择 与母材成分相近的焊接材料，以保证 焊接质量。
由于镍基合金对酸、碱、盐等腐蚀介 质具有较好的耐受能力，被广泛应用 于制造石油化工设备、管道等。
02
CATALOGUE
焊接基础
焊接的定义与分类
焊接定义
焊接是通过加热或加压，或两者 并用，使两个分离的物体产生原 子间相互扩散和联结，形成一个 整体的工艺过程。
化学镍金ppt课件
2.清潔：
槽液成分：酸性清潔劑
溫度控制：40-50 ℃
時間控制：3-5min
附屬設備：需加熱、循環、震動。 反應原理：
CuO+2H+→Cu+H2O
H+/OH-
2Cu+4H+ →2Cu++2H2O RCOOHR′+H2O → RCOOH+R′OH 作用：去除铜面之轻度油脂及氧化物，达到铜面清洁及增 加润湿效果的目的。它应当具备不伤阻焊膜、低泡型及易 水洗的特性。
二.鎳槽
鎳槽PH值的影响：
从化学镍沉积的反应看出，在金属沉积的同时，伴随着单 质磷的析出，而且随着PH值的升高，镍的沉积速度加快的同时， 磷的析出速度减慢，结果则是镍磷合金的P含量降低。反之。 随着PH值的降低，镍磷合金的P含量升高。沉镍中，磷的含量 一般在7-11%之间变化，镍磷合金的抗蚀性能优于电镀镍，其 硬度也比电镀镍高。
•化鎳金的方法：
化鎳金即是在被催化的銅面上沉積兩層金屬的製程。其中 鎳層則是焊錫時之焊點並提供銅金中間緩衝層，避免銅和金互 相的擴散或遷移。其反應無需通電，因而又稱“無電解鎳金”. 其方法采用龍門吊車掛架式浸鍍，如下圖：
化鎳金反應圖解
Pd2+
Ni-P
Cu Pd
Cu Pd
Cu
Cu
Cu2+
活化
Ni-P沉積
化學镍金工藝及方法
•化鎳金歷史簡介： 镀镍/金早在70年代就应用在印制電路板上。电镀镍/金
特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金 至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。90 年代，化学镀镍/金技术開始應用。我国港台地区起步较早， 而大陆则较晚，于1996年前后才开始化学镀镍金的批量生产。
镍和镍合金的焊接
2.4．耐蚀性能 1）对于大多数镍基耐蚀合金，焊后对耐蚀性能并没有多 大影响。通常选择填充材料的化学成分与母材接近。这样 焊缝金属在大多数环境下其耐蚀性与母材相当。 2）但有些镍基合金焊接加热后对靠近焊缝的热影响区产 生有害影响。例如Ni-Mo合金通过焊后退火处理来恢复热 影响区的耐蚀性。对于大多数镍基合金不需要通过焊后热 处理来恢复耐蚀性。但对一些工作在特殊的环境中的材料 例外。例如：600合金工作在熔融状态苛性碱中及400合 金工作在氢氟酸介质中，需要焊后消除应力热处理以防止 应力腐蚀裂纹。
Hastelloy C276
Hastelloy C4 Incoloy 800 Incoloy 800H Incoloy 800HT Incoloy 825 Carpenter 20Cb Hastelloy G Hastelloy G2 HT30
54Ni-16Mo-15Cr
61Ni-16Mo-16Cr 33Ni-21Cr 33Ni-21Cr 33Ni-21Cr 42Ni-21.5Cr-3Mo-2.3Cu 35Ni-35Fe-20Cr-Cb 47Ni-22Cr-19Fe-6Mo 49Ni-25Cr-18Fe-6Mo 35Ni-19Cr-2.5Si
合
金
UNS N06625 （Inconel 625）
UNS N10001 UNS N10665 UNS N06455 UNS N10276
退火
固溶退火 -
≥414
≥276 ≥310 ≥352 ≥276 ≥283
≥827
≥690 ≥690 ≥760 ≥690 ≥690
≥30
≥30 ≥40 ≥40 ≥40 ≥40
≥30
≥30 ≥35 ≥40
Hastelloy X
镍基合金 PPT课件
57Mpa 17.05% 9.75Mpa 9.07% 5.49Mpa 最大: 100,000.ppm 5.0
23
第五章：镍基合金 5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 2、试验材料的化学成分 (wt%)-00Ni51Cr22Mo7Fe20及试验方法
25
5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 4、试验结果
（1）、G3镍基合金高温高压H2S/CO2腐蚀失重特征
G3镍基合金分别在（a）条件1和（b）条件2腐 蚀后失重试样形貌 (b) (a)
• 条件1：腐蚀速率0.000835 mm/a • 条件2：腐蚀速率0.048401 mm/a
100
90
Atomic Concentration (%)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
G3腐蚀前
Atomic Concentration (%)
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 3、试验条件
• 条件1：
– 温度：130℃，pH2S=3MPa ，pCO2=2MPa，pH= 5.0， CCl=150g/l，单质硫1g/L
• 条件2：
– ISO15156标准VII级：205℃，pH2S=3.5MPa， pCO2=3.5MPa，pH= 5.0，CCl=150g/l，单质硫1g/L • 试验周期为30天，测试腐蚀速率，观察应力腐蚀裂纹。 分析手段 • 扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS） • 光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）
三、Ni-Cr-Mo合金(Hastelloy C合金)
如上所述,镍钼型耐蚀性合金在盐酸等还原性介质中有 极好的耐蚀性,但当酸中有氧或氧化剂时,耐蚀性却显 著下降。
镍及镍合金的焊接
（一）镍及镍合金的焊接1、一般规定<1>本章适用于镍及镍合金现场设备和管道的焊接施工。
<2>本章适用于焊条电弧焊、钨极惰性气体保护电弧焊、熔化极惰性气体保护电弧焊和埋弧焊方法。
2、焊前准备<1>镍及镍合金焊接材料的选用应符合下列规定：<1.1>焊缝金属的力学性能不应低于相应母材退火状态或固溶状态的标准规定的下限值，焊接工艺性能应良好，焊缝的使用性能应符合国家现行有关标准和设计文件的规定。
<1.2>同种镍材的焊接，应选用和母材合金系列相同的焊接材料；<1.3>异种镍材及镍材与奥氏体钢之间的焊接，应按耐蚀性能较好的母材以及线膨胀系数与母材相近的原则选择焊接材料。
<1.4>惰性气体保护电弧焊时，保护气体应选用氩气、氦气或氩和氦的混合气。
<2>坡口加工应符合下列规定：焊件切割及坡口加工宜采用机械方法，当采用等离子切割时，应清理其加工表面。
<3>坡口加工应符合下列规定：焊件切割及坡口加工宜采用机械方法，当采用等离子切割时，应清理其加工表面。
<4>焊件组对和施焊前，应对坡口两侧各20mm范围内进行清理。
油污可用蒸汽脱脂，对不溶于脱脂剂的油漆和其他杂物，可用氯甲烷、碱等清洗剂清洗，标记墨水可用甲醇清除，被压入焊件表面的杂物可用磨削、喷丸或10％盐酸溶液清洗。
并用水冲净，干燥后方能焊接。
<5>管道对接焊件组对时，内壁错边量不应大于0.5mm。
<6>定位焊缝应符合下列规定：<6.1>定位焊应采用经评定合格的焊接工艺，并应由合格焊工施焊。
<6.2>采用钨极惰性气体保护电弧焊进行定位焊时，焊缝背面应进行充氩气或其他气体保护；<6.3>管道对接定位焊缝的长度宜为10mm～15mm，厚度应不超过壁厚的2/3。
<6.4>定位焊缝应焊透及熔合良好，并应无气孔、夹渣等缺陷；<6.5>定位焊缝应平滑过渡到母材，并应将焊缝两端磨削成斜坡。
焊接镍
Ni200纯镍管的现场焊接经验前言镍与镍基耐蚀合金是化学、石油化工、有色金属冶炼、航天核能工业领域中耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料。
1996年我公司承建了青岛化工厂6万吨/年离子膜烧碱工程，该工程烧碱蒸发工段部分工艺管道在设计中选用了纯镍材质。
纯镍材质管道全部从意大利帕米莱克公司进口。
材质为Ni200，其管内介质为NaOH溶液，规格为2″~4″，总长200多米，各类对接焊口100多道,角焊缝50多道.１．镍的理化性能分析镍在常温时的晶体结构为面心立方晶格，其熔点及电阻率均低于碳素钢。
镍与低碳钢的物理性能比较见表1。
表1镍与低碳钢的物理性能比较镍的化学活性低，氧化初期生成的氧化膜能防止镍进一步氧化和腐蚀，高温时有良好的抗蚀性。
镍与其他元素形成合金后，力学性能和抗腐蚀、抗氧化性能显著改善,但热导率和电阻率显著下降。
若镍中含有的杂质较多，则在焊接时易形成低熔点共晶物，使焊接性能下降。
Ni200管的化学成分和机械性能分别见表2和表3。
表2、Ni200管的化学成分表3、Ni200管的机械性能3. 镍的焊接性能分析3.1镍的焊接性能纯镍和镍合金的焊接性能与奥氏体不锈钢相比有许多相似之处，主要存在焊接热裂纹倾向较大，易产生焊缝气孔等问题，焊接性能较差。
3.1.1焊接热裂纹纯镍的热裂纹敏感性高，焊接时易产生焊接热裂纹。
主要原因有：ａ.纯镍材质中含有的S.P等杂质与Ni作用，易于在晶界形成低熔共晶；b.熔池金属易于形成方向性强的单相奥氏体柱状晶，促使杂质偏析；c.线膨胀系数较大，易形成较大的焊接应力。
3.1.2 焊缝气孔纯镍焊缝气孔倾向较大。
由于纯镍固液相温度间距小，流动性差，同时O2、H2、CO2在液态中的溶解度较大（如O2在1720℃时溶解度为1.18%），但在冷却时溶解度显著减小（1470℃时O2的溶解度为0.06%）。
因此，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，由于析溶出的气体来不及从熔池中逸出而极易在焊缝中产生气孔。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 2．按合金强化方式分
• (1)非热处理强化的工业纯镍 这类纯镍 金属，不加入任何合金元素，不能用热处 理来使之提高强度。如Ni200系列纯镍等， 这种工业纯镍，根据纯镍本身的特性，多 用于火箭发动机构件、耐腐蚀的蒸发器、 声纳设备中的元件、点火塞极和电子管阴 极等，其应用也很广泛。
• (2)固溶强化合金 这类合金是加人适当 少量的合金元素如Al、Cr、Cu理方法来提高合金的强度。
• (3)沉淀强化镍基合金 这类合金是加入 合金元素之后，采用固溶处理，再加上时 效处理，来达到提高强度的目的。研制这 类合金主要是适应高温高应力状态下的工 作条件。
镍基合金在石油化工领域中的应用
过程或装置名称 温度℃
热分解过程 乙烯裂解
700-950
流体条件 压力MPa
组成
构成材料
装置的产 品或目的
0.20-0.49
碳氢化合物 Incoloy800合金 蒸汽、氢、乙烯 HK40,HP
乙烯
接触转换过程水 蒸汽接触转换 350-950 制氢装置
0.49-4.9
脱烃
• (4)弥散强化合金 这类合金主要是以氧 化钍弥散强化的镍基合金，如TD-Ni和DSNi等。合金中约有2％的氧化钍和98％的Ni， 氧化物呈弥散分布于合金的基体中，使其 抗拉强度有显著的提高。含Cr为20％左右 的Ni-Cr型TD--NiCr合金与TD-Ni合金相比， 具有更高的强度和耐蚀性。
• 3．按合金成形方式来分
Cr-Mo钢
SUS316
苯
Incoloy800合金
HK40
氢
Incoloy800合金 城市燃气
Incoloy800合金
氦
HK40
能源
Inconel600合金
主要内容
• 第一节 镍及镍基合金种类及特性 • 第二节 镍及镍基合金焊接性分析 • 第三节 镍及镍合金的焊接工艺
一、镍与镍基合金的分类及其应用
二、镍及镍基合金的合金化
• 1．合金元素对镍合金的作用 • (1)硫的影响 焊接镍合金时，硫对焊缝金
属的影响比其它的合金材料更为敏感。其 影响的首要问题是焊缝金属结晶裂纹的问 题。 • (2)镁的影响 镁在镍及镍合金中能形成镁 的硫化物，它的熔点比一般硫化物高得多。 因此，硫的凝固可由镁来促成，这可以减 少硫的有害作用。 • (3)铌的影响 铌加入镍合金中可明显地减 少热裂纹的出现。
600-700 1.96-4.90
部分氧化 (合成气)
800-900 0.98-2.94
高温气冷 却炉
800-1200 1.96-4.90
蒸汽(50%) 氢(35%) CO2,甲烷,CO
HK40, Incoloy800合金
SUS310S, SUS316
氢 城市燃气
氢(50%) 碳氢化合物
氢(60%) CO(35%) CO2,甲烷
• (4)铅的影响 铅在镍合金中是不利的元素．主要是易 于引起焊接热裂纹。也就是所说的铅的脆化。
• (5)磷的影响 磷对镍合金的影响与硫、铅相似。它在 合金中虽含量很少，但不能低估它的有害作用、磷在合 金中主要是与镍形成低熔点共晶物，偏析于晶界，增大 半熔化区宽度，促使裂纹倾向增大。
• (6)硼的影响 硼在镍合金中对改善高温机械性能、提高 强度是有利的，但也有不利的作用.在镍合金焊缝金属和 热影响区中，当含量超过限量时，硼与镍可形成低熔点 共晶体，同时它还可参与其合金元素形成低熔点物，有 增加热裂纹倾向。
• (7)锆的影响 在镍基合金中锆的作用与硼相似，如果 加入少量的锆，可以提高镍合金的高温机械性能和提高 断裂韧性。如果含量过多时，尤其是在焊接条件下，在 焊缝金属中更易于偏析，增加热裂纹倾向。
• (8)碳的影响 碳在镍合金中呈间隙强化元素，与镍合 金中的Mo、Cr、Nb等碳化物元素形成碳化物起到强化作 用。碳在无铬镍合金中，在焊接高温条件下，在热影响 区晶粒边界可析出形成颗粒状的石墨，可降低热影响区 的塑性。另外，对Ni-Cr、Ni-Cr-Fe等合金中，可增加 晶间腐蚀敏化程度。如果合金中加入钛和铌起稳定作用， 可不会增加晶间腐蚀倾向。采用超低碳的镍铬合金也会 得到同样的效果。
• （2)镍基合金 镍基合金是在纯镍中加入Cu、Cr、 Mo、Nb、W等合金元素的镍基合金如Ni-Cu、NiCr-Fe、Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-Cu等系列合金。
镍基合金
• 蒙乃尔合金 Ni-Cu合金是Cu对Ni为无限固 溶的镍基合金，是一种耐蚀合金
• Ni-Cr、 Ni-Cr-Fe型合金 Ni含量较多，大 约有70％以上。一般将这种合金称为因康镍 (Inconel)合金。
• (1)变形镍基合金 这类合金主要是以压力加工成 形的镍基合金，可轧制成薄板和其它小形轧件等。 因此，这种合金的特点，它具有较高的热稳定性 和热强性。固溶处理后的镍基合金具有良好的塑 韧性，可承受高温动载荷，还可进行冲压加工。 组成焊接结构件是生产中常见的。
• (2)铸造镍基合金 采用铸造工艺将镍基合金铸造 成有一定形状和尺寸的设备构件。在生产中多是 采用精密成型的铸造方法。其合金仍具有良好的 热强性和焊接性。由于铸造合金的铸造性组织， 加上易于出现铸造缺陷，所以，铸造合金的应用 没有变形合金多。
• 1．按合金元素分
• (1)工业纯镍 工业纯镍色较银略微黄而有光泽。 它具有优良的塑性和韧性。还具有耐大气、碱、 淡水之锈蚀能力。在工业生产中纯镍多是以压延 型的板材用于产品结构。其镍成分占99％以上， 它的含碳量不超过O.3％。它在高温中比较稳定， 有一定的热强性。目前工业纯镍结构件在航空飞 机、宇航飞机上的燃烧室，燃烧汽轮机、核反应 堆的换热器等结构上被广泛地应用。
镍及镍基合金的焊接
• 镍及镍基合金是随着航空、宇航、核 能和石油化工工业的兴起而迅速发展 起来的。现已成为上述工业生产领域 不可缺少的重要材料。
• 镍及镍基合金不仅在高温具有热强性， 在介质作用下还具有高的耐蚀性能。 所以，目前在航空发动机上所需要镍 合金材料约占整体结构材料的60％。 如发动机的燃烧室、火箭叶片、导向 叶片等均采用镍基合金的焊接结构， 因而镍基合金的焊接技术及其专用焊 接材料等在航空结构制造中已占据着 重要地位。