鎳基合金NO6600和NO6625氧氣管線焊接工藝探討

于秀平

山西省工業設備安裝集團有限公司 山西太原 030012

1 NO6600 和NO6625 材料理化性能

N06600 是鎳-鉻-鐵基固溶強化合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能、優良的冷熱加工和焊接性能，在700℃以下具有良好的熱強性和熱塑性。NO6625 是鎳-鉻-鉬基固溶強化合金，屬于一種對各種腐蝕介質都具有優良耐蝕性的低碳鎳鉻鉬鈮合金。合金的強度源于鎳鉻合金中所含的鉬、鈮固溶體強化效應。兩種材料的物理和機械性能見表1，化學成分見表2 和表3。

表1 N0660 和NO6625 材料的物理及機械性能

表2 NO6600 的化學成分表

表3 NO6625 的化學成分表

因N0660 和NO6625 材料具有良好的耐還原、氧化、氮化介質腐蝕的性能，優良的耐干燥氯氣和氯化氫氣體腐蝕的性能，以及在室溫和高溫時都具有很好的耐應力腐蝕開裂性能和機械性能，被廣泛應用于煤化工、石油化工、生物化學、冶煉、航空航天等領域，特別是在高溫下具有極佳的耐氧化性，因而作為高級耐熱合金被廣泛應用到氧氣輸送管道系統。

2 鎳基合金材料應用簡述

陽煤太化新材料氣化技改工程中，其外界氧氣經氧氣預熱器加熱后輸送至氣化爐燒嘴，氧氣管線采用NO6600 和NO6625 鎳基合金鋼管，設計溫度為200℃，設計壓力為9.13MPa，管道類別為GC1，最大公稱管徑250mm，無損檢測要求100%RT 檢測，Ⅱ級合格。工藝流程示意圖如圖1 所示。

圖1 氣化技改工程流程示意圖

3 焊接工藝特性分析

鎳基合金在焊接過程易出現焊縫氣孔、焊接熱裂紋、未熔合、變形量過大和咬邊等缺陷，其中危害較大的是焊縫氣孔和焊接熱裂紋。

3.1 焊接熱裂紋

鎳基合金N06600、N06625 材料焊接時，具有較高的焊接熱裂紋敏感性，裂紋一般以弧坑裂紋和焊道裂紋形式出現。這主要是由于熔敷金屬凝固時，硫、鉛、磷或低熔點共晶化合物的液態膜殘留在晶界區，在收縮應力的作用下而開裂。其次，若焊接坡口及兩側的污物清理不干凈，油污中的硫會導致鎳基合金焊縫產生熱裂紋。再次，如果收弧時沒有填滿弧坑和電流衰減時間較短，收弧處熔敷金屬量不足，焊縫表面凸凹不平會引起應力集中而產生裂紋。此外，如果焊接電流過大，焊接速度較慢，即焊接線能量較大，層間溫度過高會使焊接接頭過熱產生粗大晶粒， 在粗大晶粒邊界上集中了一些強度低、脆性大的低熔點共晶體，在焊接應力的作用下很容易形成熱裂紋。

3.2 焊縫氣孔

焊縫氣孔形成的主要原因：一是氧氣、氫氣等在熔化的液態鎳基合金中溶解度極大， 而在固態溶解度大大減小，鎳基合金焊接過程中從高溫變冷時，氣體在熔敷金屬的溶解度也隨之下降， 游離出來的氣體在流動性較差的液態鎳中不能在鎳基合金焊縫凝固前完全逸出而形成氣孔；二是焊接坡口及其兩側的油污、水分、氧化層清理不干凈；三是焊接電流及電弧電壓較低，焊接速度過快，即焊接線能量低；此外，焊槍氣體保護噴嘴直徑較小，保護氣體流量過低，氣體純度不高，以及焊條烘干不合格也會造成焊縫氣孔。

4 焊接工藝措施

4.1 焊接作業準備

（1）在焊接作業前，必須進行焊接工藝評定，并編制焊接工藝操作規程；

（2）焊接操作人員必須持證上崗，并經考試合格；

（3）焊接機械必須驗收合格；

（4）編制焊接作業專項方案。

4.2 坡口形式的選擇

由于鎳基合金熔焊與鋼相比導熱性差、熔透性低，易形成道間和層間熔合不良。為保證熔透，坡口形式應選用大角度和小鈍邊的V 型坡口。坡口采用機械加工方法加工，管道切口表面應平整，無裂紋、重皮、毛刺和氧化物等。坡口形式見圖2。

圖2 坡口形式示意圖

4.3 焊前清理

清潔徹底是成功焊接鎳基合金的重要條件。焊件表面的污染物大都是其表面氧化皮和能夠引起焊件脆化的元素，其中表面氧化皮（主要是氧化鎳）的熔點要高于母材的熔點，故在焊接過程中焊縫金屬當中會形成細小的不連續的氧化物或者夾渣，從而對焊接的質量造成嚴重影響。坡口及其兩側的污物若清理不干凈，油污中的硫也會引起鎳基合金焊縫產生熱裂紋。

為降低污物對氧氣管道焊接的影響，在進行焊接前應用不銹鋼絲刷和砂輪片將坡口內外壁20mm 范圍內進行處理，將污物、毛刺等去除；而后，以丙酮清洗劑對坡口表面和層間進行清洗。

4.4 焊接方法和焊材選用

（1）焊接方法選擇: 管徑小于等于DN50 采用鎢極氬弧焊；管徑大于DN50 采用氬電聯焊。

（2）焊材選擇：N06600 焊接，焊絲選用ERNi-Cr-3，焊條選用或ENiCrFe-3；N06625 焊接，焊絲選用ERNiCrMo-3，焊條選用ENiCrMo-3。采用鎢極氬弧焊打底焊時，焊縫背面應采取氬氣保護措施，焊接過程中，焊絲的加熱熔化端應始終置于保護氣中。鎢極氬弧焊保護氣體采用氬氣，純度為99.99%。焊條烘烤按照生產廠家要求，焊條在施焊過程中使用保溫筒保持焊條干燥。焊材表面的油污，可用丙酮清洗劑溶液去除。

4.5 焊接工藝

選用較小的焊接電流、較低的電弧電壓和較快的焊接速度，并采取短弧不擺動或小擺動的操作方法，同時應嚴格控制層間溫度在100℃以下，避免焊接接頭過熱產生熱裂紋。焊縫多層焊時，宜采用多道焊。底層焊道完成后，應用放大鏡檢查焊道表面。每一焊道完成后，均應徹底清除焊道表面的熔渣和各種缺陷，并且各層焊道的接頭應錯開。焊前預熱不要求，但當焊件溫度低于15℃時，應對焊縫兩側300mm 范圍內加熱至15～20℃。

氬弧焊接前要在管子內焊口附近制作氣室，氣室內充氬氣將空氣置換干凈后（用干凈的棉布繩在根部塞嚴，并留一小口作為排空氣及施焊位置，邊揭開棉布繩邊焊），再進行焊接。管內充氬流量不宜太大，焊接過程充氬流量選擇6～10L/ min，以不使焊縫出現內凹為準。鎢極氬弧焊焊槍盡量垂直于焊件，這樣能更好地控制熔池的大小，可使噴嘴氬氣均勻地保護熔池不被氧化，焊槍噴嘴氬氣流量一般為10～12L/ min 為宜。鎳基材料導熱性、鐵水流動性不好，容易熱量集中。所以，焊接時采用小電流，且擺幅不宜過大，兩邊應稍作停頓，確保兩邊熔好。在填絲過程中，焊絲不得與鎢極接觸，否則會造成焊縫夾鎢和破壞電弧穩定。焊絲加熱端部應置于保護氣體中，重新焊接前焊絲端部應剪去。

焊條電弧焊填充、蓋面焊接，要采用較小熱輸入、短弧、小擺動的操作方法，以保持電弧電壓的穩定。每一層焊道完成后，均應徹底清除焊道表面的熔渣并進行檢查，消除各種表面缺陷，檢查合格后方可焊接下一層。焊件表面不得有電焊擦傷，不能在焊件表面引弧和熄弧。收弧時應將弧坑填滿，弧坑不要急速冷卻，防止弧坑熱裂紋。多層焊的層間接頭應相互錯開，每條焊縫應一次連續焊完。焊件完畢后，要及時清理焊縫表面的熔渣及飛濺，焊后不宜做焊后熱處理。焊接管徑較小時， 宜采取在焊縫兩側加裝冷卻銅塊或用濕布擦拭焊縫兩側等措施，以減少焊縫的高溫停留時間，加快焊縫冷卻速度。

焊縫表面成形的控制：焊縫應凸起，不得使焊縫拉平或凹下。由于鎳基合金表面張力大、流動性差、粘性大、不易成形、易產生氧化等原因，在焊縫平坦或凹下的情況下，容易產生裂紋。

管道對接焊縫焊接工藝參數見表4 和表5。

表4 N06600 管道對接焊縫焊接工藝參數

表5 N06625 管道對接焊縫焊接工藝參數

焊接完畢后， 必須及時將焊縫表面的熔渣及周圍的飛濺物清理，焊后表面還應進行酸洗鈍化處理。

5 結語

以工程實際應用為基礎，通過對鎳基合金NO6600和NO6625 材質理化性能總結，分析了鎳基合金氧氣管道焊接性能，進而對管道焊接工藝進行了探討和研究，旨在為提高鎳基合金氧氣管道焊接質量，確保氧氣管線系統安全可靠提供保障。