浅谈薄壁镍基合金N08825焊接

浅谈薄壁镍基合金N08825焊接

摘 要：随着我国经济建设的迅速发展，能源、石油、化工等领域日新月异。镍基合金作为一种新型材料，是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。Ni-Cr-Fe合金即为其中一种，由于具有足够高的高温强度与抗氧化腐蚀能力，所以常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆、能源转换设备上的高温零部件，是现代军事、航空航天、工业生产中不可或缺的一种新型材料。

关键词：N08825 热裂纹 焊接工艺

一、引言

本文通过对ASTM B423 UNS N08825焊接性的分析，从焊接方法，焊材选取，焊接工艺参数，等方面进行了焊接工艺性实验，总结出了合适的焊接工艺，并成功应用于某石化65万吨/年对二甲苯芳烃联合装置实际生产当中。

二、N08825镍基合金的焊接性分析

1.N08825镍基合金的物理性能

与不锈钢及碳钢相比， N08825有以下性能，一是熔点较低；二是线膨胀系数介于奥氏体不锈钢及碳钢之间；三是导热系数比碳钢低。

2.N08825镍基合金的化学成分及力学性能

N08825镍基合金钢其化学成分及力学性能（见表1、表2）。

表1 N08825镍基合金化学成分（%）

续表1

表2 N08825镍基合金力学性能

3.焊接中易出现的问题与预防措施

镍合金焊接中的主要问题：高温裂纹敏感性高，易低熔点共晶夹层。

3.1热裂纹

Ni与S、P形成的共晶物的熔点特别低，最易导致热裂纹，而且多为火口裂纹和焊道表面裂纹。可采取以下措施预防：①热输入要低；②预热/层间温度要低；③进行火口处理（填满弧坑）；④注意坡口清理。

3.2低熔点共晶夹层

杂质的存在造成焊接时与镍形成低熔点共晶夹层。可通过保持焊接材料及坡口的清洁来避免低熔点共晶夹层的形成。

三、焊接材料的选配

焊接材料的选择原则应是焊缝金属的合金成分与强度性能基本上与母材相应指标一

致。由N08825与SH/T 3523-2009《石油化工铬镍不锈钢、铁镍合金和镍合金焊接规程》选用与之匹配的进口焊丝ERNiFeCr-1（符合AWS A5.14）。

四、焊接工艺

1.焊接方法的选择

薄壁镍基合金N08825采用钨极氩弧焊的焊接方法，直流正极性，高频引弧以及电流衰减，延时断气的焊接技术。

1.1N08825易氧化，保护不好，易形成氧化烧损，严重降低合金的使用性能，同时形成难熔Cr的氧化物，使金属的流动性降低，焊缝成型差。施焊时采用氩气（≥99.99%）作为保护气体，同时背面通以氩气保护。

1.2钨极通常采用铈钨极，磨成尖部直径0.4mm，夹角30°～60°的尖状，可保证电弧稳定和足够的熔深。注意避免钨极与熔池相接触，尖端污染必须磨掉。

2.焊接工艺要求

2.1首先焊前必须使用盐酸溶液10%或丙酮、脱脂棉以及磨削等方式，清除工件表面上的油脂、漆和油垢，还有氧化膜等污物。焊接时保持手套清洁。杂质的存在造成焊接时与镍形成低熔点共晶夹层，增加焊接热裂纹的形成。

2.2进行第一遍打底，第二遍氩弧焊时，均需要充氩保护（见图1）。

图1 充氩保护示意图

2.3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。

2.4施焊时应采取短弧、快速焊。线能量在保证熔透的前提下尽可能小。为保证熔透，应选用大坡口角度和小钝边的接头形式（见图2）。

图2 坡口形式

2.5操作时可不做摆动，亦可做微小摆动，但应掌握好焊炬和焊丝的角度。

2.6多层焊时应控制层间温度，不超过100℃。从而减少熔池过热，避免产生热裂纹。

2.7镍基合金焊接熔池液态金属的流动性差，熔深浅，焊接时应注意对熔池的观察，防止气孔、未焊透等缺陷的产生，焊后应采取保温缓冷措施。

2.8焊接完成后，对焊道进行酸洗。酸洗使用硝酸和氢氟酸混合液。氧化皮会稍难以去除，因此，可在酸洗前进行短时间碱浸渍，处理则更加有效。

2.9经过反复几次焊接工艺参数试验，总结出较为合理的焊接工艺参数（见表3）。

表3 焊接工艺参数

五、焊接质量检查检测

打底焊完成后进行渗透检测，合格级别为JB/T 4730.5-2005Ⅰ级，焊接完成后进行100%射线检测，合格级别为JB/T 4730.2-2005Ⅱ级。

六、结论

1.通过以上分析可知，N08825焊接性较差，为了保证获得较好的焊缝综合力学性能，必须严格执行焊接工艺措施。

2.选用有资质的焊接人员从事N08825的焊接，焊前培训，熟悉N08825施焊方法。

3.此焊接工艺成功的应用于实际生产中。射线检测DN300共计5道口，一次合格率100%。