王广辰，柴双全，王成林，介 鑫，李亚鹏

（山西阳煤化工机械有限公司，山西 太原 030032）

山西阳煤化工机械有限公司为某化工企业制作的大型设备脱烃塔，设计压力范围0.35~0.1 MPa，设计温度为380℃，介质为油、油气、H2S、水蒸气等，其中上段筒体材质为UNS N8367+Q345R复合板，锻管材质为UNS NO8367Ⅱ锻件。UNS NO8367材料标准为ASTM B564，国内没有相近牌号，材料属于铁基镍铬钼氮合金，具有优异的耐氯离子点蚀和缝隙腐蚀能力和高温力学性能，主要用于化工容器和管道、海洋油气平台的装置系统、与海水或原油接触的冷凝器、石化企业的烟气脱硫设备（FGD）等。对该材料的焊接为公司首次，所以深入研究其焊接性，制定合理焊接工艺，对保证产品焊缝质量有至关重要的意义。

该材料为高Cr、Ni、Mo及含有固溶强化元素N的超级奥氏体不锈钢，在ASTMB564标准归类为镍合金，其化学成分、微观组织与NB/T 47014—2011中Ni-5类别中的015Cr21Ni26Mo5Cu2相当，力学性能因N元素含量较高而比015Cr21Ni26Mo5Cu2高，与该类别中NS142材料的力学性能相近。另外，该材料标准推荐焊材为镍基焊材。因此可将其归入NB/T 47014—2011中类别号Ni-5。根据图纸及标准推荐，该材料焊材选用AWS A5.14焊丝ERNiCrMo-3或AWS A5.11焊条ENiCrMo-3，按镍基焊材焊接注意事项进行施焊。通过焊接工艺方案的选定和工艺评定试验，探索出最佳工艺参数和相适应的焊工操作手法，并进一步在实际中得到应用。

UNSN08367材料为一种高Ni、Cr、Mo、N合金，与其他不锈钢相比，有较高的热裂纹倾向和焊后脆化倾向，因此焊接性较差。另外，焊接材料中无可避免的存在P、S、Si等元素，容易与Ni行程低熔点共晶分布在晶界上，当焊缝中的氧含量过高时，氧与镍形成氧化镍，加厚晶间夹层，高温结晶时在焊接应力作用下产生热裂纹，若热输入过大，容易形成方向性强的单项奥氏体组织，杂质偏析更为严重，容易产生热裂纹，由于受焊接热循环的影响，近焊缝区有产生液化裂纹的倾向。

NO8367合金焊接时比较容易产生气孔，坡口附近区域的油、污垢未清除干净时容易产生氢气孔；
焊接时保护不好，空气中的氧进入熔池与金属中的碳形成CO气孔。焊接时，液态熔池金属溶入大量的氧，凝固时溶解度大幅下降，过剩的氧和镍化合生成NiO，又与氢化合还原出镍，生成H2O，H2O在焊缝凝固过程中来不及逸出而产生H2O气孔，这是合金焊接中最易出现的气孔。

NO8367合金导热性差，仅是碳钢的1/3，合金结晶时晶粒有长大倾向，焊缝及基本金属容易过热，造成晶粒粗大，降低焊缝的机械性能和抗腐蚀性能等。

NO8367合金焊接时，Ni的熔点只有1 446℃，而氧化形成的NiO熔点达到2 090℃，NiO不易熔化但先期凝固，容易产生NiO夹杂。

试验材料采用国产的USN NO8367Ⅱ锻件2件，锻件长度500 mm，宽度130 mm，厚度38 mm。其化学成分及力学性能分别见表1和表2。

表1 USN NO8367Ⅱ化学成分

表2 USN NO8367Ⅱ力学性能

材料焊材选用AWS A5.14焊丝ERNiCrMo-3或AWSA5.11焊条ENiCrMo-3。焊丝化学成分见下页表3。

表3 焊丝ERNiCrMo-3、焊条ENiCrMo-3化学成分

焊接方法采用GTAW打底，采用SMAW填充盖面。焊接坡口如图1所示。

图1 焊接坡口示意图（单位：mm）

焊接NO8367合金时，除正确选择合适的焊接方法、焊接材料及有关焊接工艺参数外，还应注意以下问题：

3.1 焊件的清理

焊件清理干净是焊好NO8367合金的重要保证。首先应对氧气管内外进行脱脂处理，合格后再充分清理焊接坡口处的油污，特别是铅、硫、磷和某些低熔点的元素会增加合金的焊接裂纹倾向，这些因素常存在于制造工艺过程所用的材料如漆、标记用墨水、切削冷却液等。清除接头两侧各50 mm范围，清理方法用丙酮液清洗，并等丙酮干燥后再焊。

3.2 电极

尖头电极可以保证电弧稳定和足够的熔深，尖部直径约Φ0.4 mm，夹角30°～45°。焊接过程中钨极与熔池相接触，尖端即被污染，必须磨掉或更换钨极，同时熔池局部焊缝也应磨掉，以防造成夹钨缺陷。

3.3 焊材

焊材的化学成分及力学性能优于合金，是获得优质接头的重要条件。焊接过程中，焊丝加热端必须处于氩气保护中，不能用焊丝来搅熔池。在保证焊丝不接触钨极的情况下，采用短弧施焊。

3.4 焊速与操作

选择合适的焊接速度以保证的足够的熔深，尽量采用小电流、短弧快速焊，焊接时焊丝不作横向摆动，并且控制层间温度，等工件冷至可用手摸后再焊下一层。

3.5 GTAW保护气体

用氩气做保护气体，纯度应在99.99%以上、施焊时管内应先通氩气，流量在12 L/min以上，以确保全焊透和焊缝成形，并防止氧化，为加强焊接区的保护效果在焊嘴后侧加一保护拖罩。

如表4所示，按以上焊接工艺焊接NO8367合金，焊缝成形良好，外观合格，焊缝经100%RT检测，根据NB/T47013.2-2015射线探伤标准，评定为I级片。

表4 NO8367合金的焊接工艺参数

对焊接接头进行了力学性能试验，如表5所示，拉伸试验2组，每组分2片等厚带肩式样，拉伸试验结果如表5所示，断裂部位处于母材，说明焊缝强度明显高于母材强度。对试板进行了弯曲试验，取4件侧弯，厚度10 mm，弯心半径40 mm，弯曲180°后，未发现缺陷。

表5 室温条件下的拉伸性能结果

1）通过采用手工氩弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面，选择合适的焊材，以及以上试验确定的焊接工艺参数，能获得NO8367合金优异的焊接接头。

2）防止NO8367镍合金焊接时产生热裂纹及气孔的主要措施是：采用较小的焊接能量，在坡口侧壁收弧，适当增加电流衰减时间和焊前严格清理焊件，保持较低层间温度。

猜你喜欢 焊材焊丝熔池 无镀铜桶装焊丝在机器人焊接中的应用电焊机(2022年5期)2022-06-01微熔池凝固组织的数值模拟研究上海金属(2022年3期)2022-06-01镀铜焊材项目环境影响评价及保护措施分析节能与环保(2022年3期)2022-04-26CO2气体保护药芯焊丝送丝性能评价及其研究金属加工(热加工)(2022年3期)2022-03-222.25Cr-1Mo- 0.25V钢制加氢反应器用埋弧焊焊材试验研究中国重型装备(2022年1期)2022-02-11高强钢在轻量化结构设计中的应用及其焊接电焊机(2021年12期)2021-01-03激光熔覆产生的熔池温度与对流分析东北大学学报（自然科学版）(2020年10期)2020-10-19温度梯度区域熔化作用下熔池迁移的元胞自动机模拟*物理学报(2019年4期)2019-03-16光亮焊丝在铝合金筒体焊接中适用性工艺研究航天制造技术(2018年6期)2019-01-11海洋平台导管架建造焊材消耗定额统计中小企业管理与科技·上旬刊(2018年6期)2018-09-05