Incone1601镍基合金的焊接

Incone1601镍基合金的焊接
摘?要:通过产品的制造实例，对Inconel601镍基合金材料的特性及焊接特点进行了分析。

给出了该材料的焊接方法、焊接材料、焊接顺序及焊接工艺参数，保证了产品质量符合设计图样技术要求。

关键词：Inconel601 镍基合金焊接
近年来，随着我国石油化工、精细化工、冶金、环保等行业的快速发展，生产过程中强腐蚀性介质的使用场合越来越多，普通的奥氏体不锈钢已经不能满足设备实际工况的使用要求。

大量的镍基合金材料被广泛地应用到了工程实际中。

本公司为某工程承制的设备，其主体材料采用的是Inconel601合金，为达到设计技术要求，在焊接前对该材料进行了焊接工艺评定试验。

1 Inconel601材料的特性
Inconel601是美国SMC公司开发的一种材料的商品牌号，是一种添加了金属铝的耐高温、耐腐蚀的镍-铬-铁合金，ASME标准中牌号为Alloy UNS N06601。

Inconel601合金的一个出色性能就是它的耐高温抗氧化性，即使在温度高达1180?℃时，仍能够表现出良好的抗氧化性能。

由于铬含量较高，该材料适用于多种腐蚀性介质和抗高温环境，同时，铝元素的添加进一步加强了抗氧化性能。

这种材料广泛应用于各种热工过程、化工过程、环保及发电等领域，如钛白粉生产中的氧气预热器的辐射炉管、氨水改性中用的绝缘罐、硝酸生产设备
中的催化格栅支架、高密度聚乙烯生产中的催化再生器以及空气预加热器等等[1,2]。

Inconel601材料是具有良好的高强度和高韧性的奥氏体合金，其化学成分和力学性能见表1和表2。

2 Inconel601材料的焊接性分析[4]
2.1 焊接热裂纹
镍基合金对热裂敏感性高的原因是合金在凝固时，由低熔点共晶物或低熔点化合物形成的液态膜残留在晶界区，在收缩力的作用下而产生开裂。

而S，P，Pb，Zn等是造成晶间低熔点液态膜的主要元素。

所以在焊接时为了防止热裂纹应采取以下措施：(1)焊接过程中，必须严格限制有害杂质的侵入。

为此，焊前必须对母材和焊丝进行严格清理，彻底去除油脂和附着污物。

(2)焊接时，选用比较低的线能量，采用小直径焊丝、小电流、快速焊、多层多道焊，且焊接时不要摆动，以减小电弧热输入。

(3)降低层间温度，加快焊缝冷却的速度，高的层间温度会导致焊缝及热影响区的过热和奥氏体晶粒的长大，从而影响焊缝的耐腐蚀性能及焊缝的塑性和韧性。

(4)尽可能降低焊缝和焊材中S，P杂质的含量。

2.2 焊缝中的气孔
焊接时，坡口、近焊区及焊材上的油污、涂料、氧化物等污物不仅是产生热裂纹的根源，也是产生气孔的主要原因。

另外，采用氩弧焊时，氩气流量不合适或氩气纯度太低，也会产生气孔。

因此，焊接时周围工作区环境的洁净程度、焊前对坡口的清理工作就非常重要。

焊前，一般对坡口及两侧（25?mm）用不锈钢丝刷进行彻底清理，使其露出金属光泽，并严格用丙酮进行擦洗。

焊接用氩气纯度至少在99.99%以上。

焊接时，正面的氩气流量控制在12～14?L/mm，背面的氩气流量控制在17～18?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，为了获得最佳的耐腐蚀性能，推荐选用手工钨极氩弧焊（GTAW）。

电源极性为直流正接。

保护气体采用100%Ar，纯度为99.99%。

3.2 焊丝选择
焊丝选择美国SMC公司生产的ERNiCrFe-11，规格为φ2.4。

该焊丝符合ANSI AWS A5.14和ASME SFA5.14的相关要求。

ERNiCrFe-11焊丝的化学成分如表3所示。

3.3 坡口制备
坡口加工应采用剪切、高压水切割或水下等离子切割下料，用刨边机加工坡口，若采用等离子加工，则污染面必须用机械的方法打磨光亮，打磨时不能再出现过热的表面。

镍基合金焊接熔池的粘滞性大，流动性差，熔深浅。

因此，为了利于焊透和防止坡口边缘产生未熔合，坡口采用V形且坡口角度较大些（60°～70°），钝边要薄一些（0.5～1.5?mm），根部间隙稍宽（一般不小于焊丝的直径），其尺寸如图1所示。

3.4 焊前清理和焊接保护
镍基合金材料表面存在难溶的氧化膜，如氧化镍NiO，其熔点为2090?℃，而Inconel601的熔点在1400?℃左右，若焊前不采用适当的方法清除表面氧化膜，焊接时易使氧化膜成为焊缝的夹渣物而影响焊缝质量。

所以，焊前必须对坡口及两侧（25?mm）用不锈钢丝刷进行彻底清理，使其露出金属光泽，并严格用丙酮进行擦洗，清除油污等含S,P污物。

焊接过程中，加强对高温熔池和高温焊道进行保护，保证熔池和焊丝热端始终处在喷嘴的氩气保护之下，高温焊道用拖罩保护，防止焊缝金属的氧化。

3.5 焊接工艺参数
焊接方法方法采用手工钨极氩弧焊（GTAW），钨极直径φ3.0?mm，喷嘴直径φ18?mm，氩气纯度≥99.99%，氩气流量为12～14?L/min。

焊丝为ERNiCrFe-11,φ2.4?mm；电流种类及极性采用直流正接，焊接电流为130～140?A，焊接电压为10～12?V，焊接速度为70～100?mm/min。

3.6 焊接顺序
焊接采用多层焊，其焊接顺序如图2所示。

封底焊道要熔透、成形均匀，以有利于耐蚀性要求。

3.7 焊接过程要求
正式焊接前进行定位焊，定位焊工艺与正式焊的焊接工艺参数相同，要求定位焊后对焊点进行表面检查，不允许存在裂纹等缺陷，并打磨清除焊点表面氧化物。

焊接过程中的表面裂纹、气孔等缺陷应在熔敷下一焊道前打磨消除，每一道焊道表面的氧化物应用不锈钢丝刷逆向强力去除。

施焊过程中，严格限制焊接线能量和层间温度，线能量不应超过10?kJ/cm，层间温度控制在100?℃以下。

焊接过程中熔池和焊丝热端要始终处在喷嘴的氩气保护之下，高温焊道用拖罩保护，保护气体提前5S给出，熄弧后延时5S停气。

施焊时，焊丝不得横向摆动。

4 Inconel601材料的焊接检验
焊后焊缝按JB/T4730和设计图样要求进行外观检验、100%RT 和100%PT，内部质量符合JB/T4730-II级要求，表面质量符合JB/T4730-I级要求。

产品试板进行力学性能检验。

拉伸试验：σb=720?MPa；弯曲试验：面、背弯（D=4a)180°，试验结果完好无开裂。

耐蚀性试验：焊接接头试件按照ASTM G28 A法进行晶间腐蚀试验，试验结果符合设计图样技术要求。

5 结论
Inconel601材料通过选择合适的焊接方法，匹配的焊接材料，合理的焊接工艺参数和措施，焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能完全能够符合设计图样技术要求，在产品上获得了成功的应用。

参考文献
[1]Special Metails Corporation. INCONEL alloy 601.
[2]ThyssenKrupp VDM.Nicrofer 6023/6023H.
[3]ASME SB-168-2010 SPECIFICATION FOR NICKEL CHROMIUM IRON ALLOYS AND NICKEL CHROMIUM COBALT
MOLYBDENUM ALLOY PLATE,SHEET,AND STRIP[S].
[4]顾钰熹.特种工程材料焊接[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1988.
[5]ASME SFA-5.14/SFA-5.14M-2010 SPECIFICATION FOR NICKEL AND NICKEL ALLOY BARE WELDING ELECTRODES AND RODS[S].。