1、1一. 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。
2、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
3、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。晶间液膜是2引发镍基合金单相奥氏体凝固裂纹的最主要的冶金因素。必须严格控制硫、硅元素的含量，防止硫、
4、硅、磷、铅等有害元素的混入。7. 减少焊接热裂纹的产生的方法：提高锰的含量，能扩大有害元素(如磷等)的溶解度极限。因而提高焊接材料的锰含量和焊接材料的纯度，减少或抑制有害元素的过渡均是有益的。正确选用与母材匹配的焊接材料是防止焊接热裂纹的重要措施。采用合理的装配与焊接次序，选用较小的热输入量，及时填满弧坑等工艺措施对防止热裂纹均是有效的。单相奥氏体焊缝中如有相当数量的微细一次碳化物、硼化物等第二相质点，也可阻挡晶格缺陷的积聚，起到阻滞裂纹形成的作用。镍基焊接材料中含有较高数量的铌( Nb)、 钛( Ti)、 钨( W)、 铬( Cr)、 钼( Mo)和锰(Mn)等，或同时加入多种元素，有利于防
5、止热裂纹的形成。焊前对焊接表面进行彻底的清洗，可清除和减少硫、铅等有害元素的影响。8.对气孔的敏感性：镍基合金特别是合金元素含量低的工业纯镍、蒙乃尔合金等的固液相温度间距小，流动性能偏低，在焊接快速冷却的凝固条件下，极易产生焊缝气孔。在焊前必须清除坡口及其近区的杂质、各种涂料、油漆等，其目的之一就是防止焊缝气孔。在钨极氩弧焊接镍基合金时，可向氩气中特殊进入体积分数 5%的氢气，增加保护气体的还原性，以消除或减少焊缝中的气孔。9. 焊接区的腐蚀倾向：Ni-Mo 系的哈斯特洛液 A 与 B 合金焊接接头在盐酸、硫酸介质中使用时，在焊缝附近出现刀状腐蚀；Ni-Mo 合金通过敏化温度区(1200130
6、0和 600900)时，沿晶界有富钼相的析出，造成 Mo 贫化区，导致晶间腐蚀。10. 镍基合金熔焊与钢相比有低熔透性的特点，一般不宜采用大的热输入来增加熔透性，以防脱氧元素过多烧损以及焊接熔池过分搅动而导致的焊缝成形不良。为了保证接头的熔透，接头形式应注意选用较大的坡口角度和较小的钝边。11. 受电化学腐蚀的影响，镍材存放必须与其它金属材料(包括碳钢、不锈钢、有色金属等)隔离，严禁混装和直接接触，以避免金属离子间的相互渗透，保证3镍材的纯度。在存放时应采用非金属材料(塑料、木板、纸板等)隔离，同时注意隔离垫片的防潮、防雨，通风等干燥措施。受此影响，镍转鼓在卷制过程中，不允许与碳钢轧辊直接接触
7、(原因同上)，因此轧机的轧辊应覆盖橡胶隔离；亦可采用废旧橡胶输送带在轧辊表面包裹，用螺钉固定，碳钢板卷制时可卸除。12. 镍材焊接时环境温度必须高于 15，当环境温度较低时，必须采用加温(严禁火焰加热)的方法提高温度，这是由于低碳镍材质中存在着一定量的铁索体，导致镍材在冷却时因相变而使氢的溶解度急剧下降，从而产生气孔。13. 镍材焊接时环境必须保持干燥，以避免湿气冷凝导致焊缝气孔。重庆为潮湿地区，特别是起雾、阴雨天气空气湿度较大，镍焊接室必须采用热光源、热吹风等在焊接坡口处加温、干燥是必要的，切忌用火焰加热的方法烘干。三.焊接操作规程：I. 焊前的加工与准备：1. 焊接接头的设计：焊接接头由焊
8、缝、热影响区以及相邻母材三部分组成，它是整个金属结构不可分割的组成部分，它对结构运行的可靠性和使用寿命起着决定性的影响。焊接接头的设计主要包括：a).确定接头的形式与位置；b).设计坡口形式与尺寸；c).制定对接头的质量的要求。 焊接接头设计的基本准则：a).焊接接头与母材金属的等强性。它包括：常温、高温短时抗拉强度、高温持久强度以及在交变载荷下的疲劳强度。b).焊接接头与母材金属的等塑性。c).焊接接头的工艺性。即可施工性：便于焊接、检查，坡口适合于焊接加工，焊缝具有较高的抗裂性和防止变形及其它缺陷。d).焊接接头的经济性。 推荐采用的镍材焊接接头形式：厚度为 2.46mm 的镍板材对焊时宜
9、采用480开口的单面 V 型接头，钝边应为 1.8mm；厚度为 5.59.6mm 的镍板材对焊时宜采用 30开口的单面 U 型接头，钝边应为 2.7mm；厚度为 9.616mm 的镍板材对焊时宜采用开口为 80的 V 型焊接接头，钝边应为 1.8mm；厚度为15mm 的镍板材对焊时宜采用 30开口的双面 U 型焊接接头，钝边应为2.7mm。2. 切割下料与坡口加工： 镍板材料的切割应采用剪切、机械加工或合适的热切割方法(如等离子切割)。 热切割下的材料，焊接前应采用打磨、切削或其他机械方法将切割边缘的污染区去除。3. 焊接坡口的打磨与清洗：因氩弧焊的熔化金属基本不发生冶金反应，不能通过脱氧的方
10、法清除各种氧化物和污染，只能通过打磨与清洗清洁表面。 镍材焊接前，应对坡口及两侧 25mm 范围内区域进行严格的机械清理，应采用不锈钢刷或磨头打磨、抛光，彻底清除氧化膜、油污和一切含硫杂质； 然后用丙酮清洗剂进行清洗，焊接表面应避免水分的存在，并及时施焊。4. 焊接场地的环境要求：焊接场地要求清洁，地面及空间应进行无尘化处理，避免飞尘对施焊过程的清洁度影响；焊接场地应通风、干燥，应远离敞开式水源地。应避免周边环境对焊接场地的污染影响。.镍材焊接方法及焊接工具的选择：1. 因为镍具有单相组织，在高温中易于生成高度致密的保护膜，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，焊接时必
11、须采用钨极惰性气体保护电弧焊(又称钨极氩弧焊)。它是一种以惰性气体氩气作为保护气体，以钨极作不熔化电极的电弧焊方法。它利用钨极与焊件之间的电弧熔化母材金属和填充丝，形成焊接熔池。在焊接过程中可用手工或孤立的送丝机送入熔池。钨极惰性气体保护电弧焊优点有：5 惰性气体与任何金属不起化学反应，熔池液态金属几乎不发生冶金变化。 电弧稳定性相当好，即使在低电流(2030A)下电弧还能稳定燃烧，特别适用于薄壁焊件和难焊位置的焊接；电弧热量较集中，熔池金属无氧化还原反应，表面张力大。是完成单面焊、双面成形打底焊的理想方法之一。钨极惰性气体保护电弧焊的不足有： 效率较低； 成本较高；不宜用于厚壁焊件(5mm)
12、。2. 氩气保护的方法：镍材间的氩弧焊接时必须处于氩气(亦可适当加入 5%的氢气)的保护之中。施焊操作部位应采用特制铜材质保护罩充氩气后焊接；单面焊完全焊透时需在下部采用带凹形槽的铜衬垫，通以氩气保护；双面焊应先打底，再多层多道逐步堆焊，操作部位用保护罩充氩气保护焊，下部用铜衬垫，从尚未施焊的下部 V 型坡口槽内通入氩气保护。为加强焊接区的保护效果，也可在焊嘴后侧加一辅助输送保护气的拖罩。3. 焊接工艺参数：镍基材料钨极氩弧焊应采用恒定的直流电、正极接。焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要焊接工艺参数。镍材在焊接中过高的焊接热输入后扩大近缝区的敏化温度区间并延长了在高温的停留时间，最终将导致接头
13、热影响区耐蚀性的降低。应在保证接头各层焊缝良好熔合的前提下，采用尽可能低的焊接热输入，即以较低的焊接电流和较高的焊接速度(与板材厚度有关)施焊，过低与过高的焊接速度均易产生气孔。采用大电流有利于气体的排出。具体参数如下：. 2 mm 镍板：电流 70110 A， 焊速 7090 mm/分；氩气流量 1015 L/分， 喷嘴直径 1012 mm；钨极直径 1.62 mm， 焊丝直径 1.62 mm；. 4 mm 镍板：电流 120160 A， 焊速 7090 mm/分；氩气流量 1520 L/分， 喷嘴直径 1216 mm；钨极直径 2 mm， 焊丝直径 2.4 mm；. 6 mm 镍板：电流
14、180220 A， 焊速 7090 mm/分；6氩气流量 1520 L/分， 喷嘴直径 1418 mm；钨极直径 2 mm， 焊丝直径 2.4 mm；. 8 mm 镍板：电流 240280 A， 焊速 7090 mm/分；氩气流量 20 L/分， 喷嘴直径 16 mm；钨极直径 2 mm， 焊丝直径 2.4 mm；. 12 mm 镍板：电流 280320 A， 焊速 7090 mm/分；氩气流量 20 L/分， 喷嘴直径 16 mm；钨极直径 3 mm， 焊丝直径 2.4 mm； 操作要求：).喷嘴直径在 14mm 以上，必须内置铜网；).所有的焊缝尽可能采用延伸和反面氩气保护焊缝区； ).钨
15、极距工件的距离保持在 13mm； ).焊接时焊丝不得脱离氩气保护区； ). 延伸保护氩气流量 30 L/分，反面保护氩气流量 30 L/分。4. 镍焊丝的选择：为了降低焊缝镍材中的氧、硫及其它有害元素的含量，焊接接头的耐蚀性应与母材尽量一致。对于纯度高于 99.5%的 N6 材料而言，焊丝的纯度是保证焊缝质量的关键。为此，要求焊丝为真空冶炼后的拉制材料。钨极氩弧焊时焊丝直径的大小应取决于被母材金属的厚度，一般直径选择为坡口高度的二分之一。目前国内的镍焊丝一般采用化学成分99.3%镍含量，用于镍转鼓筒体的焊丝直径一般为 3.25；用于镍碱杯和熔盐管的焊丝直径一般为1.52.5。为减少焊丝规格，可
16、统一为 1.6 和 2.4 两种,板厚大于 12mm的镍转鼓焊缝过宽，焊丝允许采用3.2； 亦可采用 N4 或 N6 镍板剪成相应宽度焊丝使用，但仅限于非重要焊缝。5. 钨极氩弧焊焊枪的制作要点：氩弧焊焊枪的钨极直径的选择与使用焊丝直径(详见.4 条)及允许使用的电流大小有关，所选钨极直径应在接近于最大允许电流下工作，使其电弧热量集中、稳定，熔深最大；氩弧焊钨极端部的形状一般选择尖头结构。一般在小电流焊接时，宜选用小直径钨丝并将端部磨成近似 20的锐角，使电弧容易引燃和稳定；以大电流焊7接时，应将钨极端部磨成大于 90的钝角，以使阴极辉点稳定，弧柱的锥度减小，加热集中。钨极端部尖度的减小会增大
17、弧柱的锥度，导致焊缝熔深减小，熔宽增大。钨极氩弧焊的钨极在焊接中不能接触焊丝和母体，为避免焊接时液态合金吸入外界空气后产生气孔，应用尽可能短的电弧长度施焊(即短弧焊)，因此镍材焊接中的焊枪喷嘴一般需要适当加长，特别是在焊缝较深或接头结构较为复杂时更有必要。6. 氩气的流量和喷嘴直径：为可靠保证焊接区不受空气侵入，保护气体应有足够的流量，过大过小的流量都将影响保护效果。能有效保护焊接区所需的最低气体流量与焊枪喷嘴的形状和尺寸存在一定的关系：喷嘴孔径为 812mm 时，保护气体流量应在 515 L/min 范围内；喷嘴孔径为 1422mm 时，保护气体流量应在 1020 L/min 范围内。. 焊
18、接操作规程：1. 焊前预热：轧制镍基合金一般不需要焊前预热。当母材温度低于 15时，应对接头两侧250mm300 宽的区域加热到 1520，以避免湿气冷凝导致焊缝气孔。重庆为潮湿地区，特别是起雾、阴雨天气空气湿度较大，采用热光源、热吹风等在焊接坡口处加温、干燥是必要的，切忌用火焰加热的方法烘干。对于经过弯曲、冷拔或其它复杂成形的沉淀强化镍基合金，在焊前必须作退火热处理。对于结构复杂的沉淀强化镍基合金，为了有效地减少焊接应力，焊前的预热是有利的。预热不能代替焊后热处理。2. 镍材之间的焊接：应符合、 中的有关规定，采用多层多道焊接，每层厚度3mm,应避免焊层太厚带来的应力过大、应力集中等隐患。3
19、. 镍材与其它金属材料间的焊接：.N6 与碳钢(Q235、Q345(即 16MnR)焊接时，须在碳钢坡口侧表面采用小电流堆焊厚度为 1.5mm 左右的过渡层，堆焊过渡层的目的是改善两种材料的结合强度，过渡层宜采用低碳不锈钢焊条；N6 与不锈钢材料焊接时，可以不堆焊过渡8层。.由于 N6 材料的含镍量在 99.5%以上，为保证焊缝表面金属的纯度，减少焊缝中铁与其它金属元素融入量，焊接时尽量采用多层多道焊接工艺，有利于迅速降低钢在镍中的稀释率，使之最终层能达到全镍覆盖的目的；.多层多道焊接宜采用小电流、低融入的操作方式，降低底层金属的融入速度和融入量，降低钢在镍材中的稀释率。每层焊缝层厚应控制在
20、2mm 左右；每层焊后须进行清除氧化皮及其它杂质的表面处理，以确保焊接质量；.严格控制层间温度(详见.4)，以避免焊缝的残余应力过大。.焊后必须清根封底。4. 中间焊层温度：在镍材钨极氩弧焊的焊接过程中，应严格控制焊接线能量和层间温度。层间温度一般不应高于 150。5. 低温后处理：低温后处理是为了消除氢致裂纹和导致冷裂纹形成的力学因素。由于镍材的钨极氩弧焊使用温度较低，焊缝熔池没有冶金变化，因此不进行低温后处理。6. 焊接的操作技术要求：包括焊接位置、焊接顺序、运条方式、焊丝摆动参数、焊道层数和清根方法等。它对焊件的质量：如焊接变形、各种焊接缺陷的形成、焊接应力的分布等产生一定的影响。钨极氩
21、弧焊中若由多层焊改为单层焊，以及由单丝改为多丝，由于焊接热输入增大，对接头的力学性能和其它性能都会产生较明显的影响。. 焊后热处理：1. 镍基合金一般应在固溶状态下施焊，焊后一般不推荐焊后热处理；2. 对于重要零件或为防止晶间腐蚀及应力腐蚀的发生需要进行退火处理。退火工艺详见“镍及镍合金焊接件热处理操作规程” 。3. 铸造镍基耐蚀合金的焊接需要预热 100250，以期减少焊缝的裂纹倾向。焊后还需要消除应力。焊件在焊前若能进行固溶处理，可消除铸造应力并使组织均匀化，有利于提高焊接质量。. 焊后质量检查：亦称见证检查。1.焊接结构的外形尺寸检查：要求结构的外形尺寸必须符合设计图样的规定，9不容许存
22、在各种结构形状的畸变。2.焊缝的外观检查：亦称目视检查。主要是对焊缝的外观尺寸、焊缝的外表缺陷(如咬边、焊瘤、下凹、气孔、裂纹、烧穿、溢流、未熔合和弧坑等)进行检查是否超过焊接标准的规定，焊缝及热影响区的表面颜色应呈银白色或浅黄色。所有检查发现的外表缺陷均应按相关的补焊工艺规程修正及补焊，并作重复检查。因为表面缺陷是一种张开型缺陷，容易在残余应力和工作应力的作用下扩展成危险缺陷。3.焊接接头的无损探伤检查：根据焊接结构的运行条件和重要性，对于承受压力或在腐蚀性介质下工作的容器、管道以及承重焊接结构和焊件的关键部位均需进行无损探伤检查：如熔盐管高温液碱进口端板与进料镍管相贯的网格焊缝接头、碱杯的
23、相贯接头焊缝等直接影响关键零件使用寿命的焊缝进行质量检查。容器壁厚38mm 时可采用射线探伤检测缺陷，并按 GB3323-87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分等评定；容器壁厚38mm 时可采用超声波检查探伤，并按 GB11345钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级评定；焊缝表面或接近于表面的缺陷可采用磁粉探伤缺陷，磁痕可按 JB/T6061-92焊缝磁粉检验方法和缺陷磁痕的分级评定。焊缝探伤检查的时间应相距焊接完毕 24 小时。因镍焊接表面易产生微裂纹，且裂纹随时间有延伸趋势，也不易用无损探伤检查发现，增长间隔时间，可更容易暴露问题。4. 焊接接头破坏性检验方法与要求：小的焊接接头直接从产品接头处取样，大的焊接接头则应焊制产品试样板进行破坏性检查。它包括：拉伸试验：测试焊缝金属或接头的抗拉强度、屈服点、断面收缩率和伸长率；弯曲试验：测定接头的塑性变形能力； 冲击试验：亦称缺口韧性试验，测定接头的金属韧性； 硬度试验：测定焊缝处金属表面的硬度； 金相试验：对焊缝横剖面上的焊接缺陷进行检查。 晶间腐蚀检查：对于有耐蚀性要求的焊接接头一般要求进行晶间腐蚀检查，10以确定焊件的耐蚀性能。化学成分分析：对焊接材料的主要元素的含量进行分析、确定。以上检验项目应根据合同或用户要求选择进行。4. 焊接质量检查结果应存档备查。
