镍基材料在异种材料焊接中的性能分析

CFHI

2009年第4期（总130期）

yz.js@

热加工

CFHI TECHNOLOGY

摘要：论述镍基合金在焊接异种材料焊缝时的应用以及镍基合金的焊接特点和焊接时注意事项。关键词：焊接工艺评定；焊接；镍基合金；换热器中图分类号：TG406

文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2009）04-0012-02

镍基材料在异种材料焊接中的性能分析

关景发1

换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备。各种换热器广泛的应用在石油化工、化学、动力等生产领域中。

在换热器的制造中，存在着大量的由异种材料组成的焊接接头。由于异种材料在物理化学性能，如熔点、热导率、线膨胀系数和力学性能等方面存在显著的差异，导致其在焊接时具有一定的难度，而必须采取特殊的工艺措施。

某公司订购的一批换热器当中有几台产品上存在使用镍基焊接材料连接12Cr2Mo 低合金耐热钢材料的焊缝。由于这几条焊缝是必须在产品进行最终焊后热处理之后才能进行焊接的，而使用镍基材料进行焊接的焊缝则正好可以免去热处理工序，所以焊缝的填充金属最终确定为625合金材料。

1镍基材料焊接中存在的问题

12Cr2Mo 钢属于贝氏体耐热钢，具有良好的常温和高温短时强度、抗氢抗氧化能力、抗脆断能力和较好的焊接性能，因此常用来制造各类大型反应器和换热器等石化炼制设备。

12Cr2Mo 钢具有较高的力学性能和冲击韧性，并且成分中含有较多的合金元素，因此在焊接时需要进行预热、后热和焊后热处理，以保证焊接接头的性能。

镍基耐蚀合金具有耐各种腐蚀介质的抗腐蚀性能，同时具有良好的高低温力学性能。其显微组织是奥氏体，在固态下没有相变。镍基合金在

焊接时具有以下特点：

（1）镍基耐蚀合金具有较高的热裂纹敏感性；（2）对焊接表面的杂质元素敏感，因此在焊接过程中焊接表面应保持清洁；

（3）对焊接热输入敏感，焊接时应当限制焊接热输入，防止晶粒长大和产生热裂纹等焊接缺陷；

（4）液态熔敷金属流动性差和焊缝金属熔深浅。

2焊接工艺评定

由于在换热器中该条焊缝属于受压焊缝，根据相关要求需要按照JB 4708-200《钢制压力容器焊接工艺评定》和产品技术条件的要求进行焊接工艺评定，以确定合理的焊接工艺规范。

根据图纸上的部件厚度及接头形式确定焊接工艺评定试板的接头形式（见图1）。试板的厚度为30mm 。长度和宽度满足取样要求。2.1

堆焊隔离层

在12Cr2Mo 钢上进行堆焊，考虑到母材材料和母材对堆焊金属的稀释作用，为了防止产生焊接裂纹，在堆焊第一层时需要对母材进行预热。而由于镍基焊接不需要预热，在焊完第一层后，其余各

1.一重集团公司核电石化事业部焊接技术部助理工程师，辽宁大连

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图1

工艺评定试板接头形式

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一重技术

焊层都为冷焊，因此必须控制好层间温度。可以通过焊材厂家的焊材样本所推荐的规范和焊材复检所确定的焊接参数进行焊接。

堆焊完成后按照JB4730-2005进行PT、UT 无损检测，检测结果完全合格，证明所制定的焊接工艺规范参数满足堆焊的焊接要求。按照产品技术条件和产品要求进行模拟焊后热处理。热处理完成后将堆焊层加工坡口，进行组焊。

2.2对接焊缝的焊接

由于产品要求根部焊道全焊透并且无法进行背面清根，所以使用钨极氩弧焊的方法进行打底焊来实现单面焊双面成型，试板焊接时的打底焊也使用钨极氩弧焊。为了保证背面成型及不被氧化，在焊接时试板背面使用了氩气保护。

打底焊完成后PT探伤，合格后，清理焊缝表面，焊接后续的焊缝。

由于镍基焊接存在前面所说的一些特点，所以在焊接时需要采取一定的工艺技术措施来保证焊接的质量。

（1）由于镍基焊接材料对焊件表面的油污、湿锈、含有S、Pb等的杂质非常敏感，所以焊接前应将焊接坡口面及两侧使用砂轮打磨干净光亮，并使用丙酮溶液进行清洗，以满足焊接要求。通过这些处理可以保证焊接时不会出现气孔、裂纹等缺陷。

（2）焊接前焊条要在烘干箱内充分烘干，烘干完成后在保温箱内保持温度，取用后焊条放于焊条保温桶内，随用随取，焊接过程中保温桶应保持通电，且取完焊条后要盖严筒盖。

（3）每根焊条焊完后必须对弧坑处进行打磨，以防止产生焊接缺陷。每焊完一层后都必须把焊渣等杂物清理干净，待层间温度降到要求的预热温度后，再焊下一层。

（4）每焊完两层应该做一次PT探伤，检查是否有焊接缺陷。

（5）焊接时应当使用较快的焊接速度，这样可以防止产生气孔、热裂纹等焊接缺陷，并可防止焊缝金属过热，影响其耐腐蚀性能。

工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后，要经过UT、RT探伤检查，检查结果焊缝在要求的合格等级内100%合格，证明通过以上工艺措施可以得到满意的焊缝。

2.3工艺评定试验

试板组焊完成后按照工艺评定指导书要求的试验项目进行接头拉力试验、侧弯试验和12Cr2Mo 的热区冲击试验（见表1）。

从试验结果中可以看出，抗拉强度结果值满足母材对于抗拉强度的要求，并具有较高的强度储备。12Cr2Mo的热区冲击试验结果满足相应的冲击功要求，且与原母材的冲击性能接近，证明在堆焊完625合金堆焊层并进行最终焊后热处理，对热区性能起到改善作用。而进行625合金焊缝焊接时，整个焊接过程对12Cr2Mo母材本身的性能没有产生不利的影响，证明隔离层起到应有的作用且工艺规范切实可行。弯曲试验结果表明在焊缝和热区内不存在焊接缺陷，且焊缝的韧性没有降低，证明所用的焊接工艺措施可以施焊出满足要求的焊缝。

通过此焊接工艺评定，验证了所选择的焊接材料和焊接工艺规范措施能够焊接出满足产品要求的合格焊缝，可以应用到产品的实际焊接中。

3结语

由于这条焊缝是产品上的最后一道焊缝，且产品和镍基隔离层已经进行完了最终焊后热处理，所以焊接时需要小心注意，不能破坏母材本体。镍基焊缝焊接时容易产生缺陷和出现许多问题，焊接时要严格执行工艺规范要求，防止出现缺陷而导致返修。

此条焊缝根据工艺规程的要求一次焊接完成，并且在随后的无损检测中完全合格。产品焊接完成后进行水压试验也是合格，证明此工艺在产品应用上获得成功。

收稿日期：2009-06-17

试验项目

抗拉强度R m

(N/mm2)

V型冲击功A KV

(J)

横向侧弯

D=4a，180°结果680143，265，248满足技术条件要求表1焊件焊接接头的力学性能试验

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