蒙乃尔合金的焊接
蒙乃尔焊接技术攻关
蒙乃尔焊接技术攻关摘要：本文通过对蒙乃尔400焊接性进行分析研究，并进行焊接工艺评定试验，确定合适的蒙乃尔400焊接工艺参数，并在实践中加以应用。
关键词：蒙乃尔400；焊接工艺评定试验；工艺参数蒙乃尔合金又称镍合金，是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金。
蒙乃尔合金具有优良耐腐蚀性能和中温强度，尤其在中高温的强酸、强碱介质中有很好的耐腐蚀性能。
化工二厂草甘膦生产中使用了蒙乃尔400材料。
但在通常的焊接工艺条件下，其焊缝中易出现气孔、未焊透及焊接裂纹等缺陷。
由于该材料的焊接原先一直由厂家进行，一方面在遇到紧急情况下不能满足生产需要，另一方面厂家生产费用较高，为了使该材料的焊接技术为我掌握，因此攻克该新材料的焊接技术迫在眉睫，同时也将不断提升工程分公司为公司生产服务的能力。
一、蒙乃尔400焊接性能分析蒙乃尔400化学成分如表1，室温下机械性能如表2。
表1蒙乃尔400化学成分表2蒙乃尔400室温机械性能1、在焊接中，由于蒙乃尔在一个温度区间形成一个互熔合金而凝固，这样就使得合金的流动性相对较差，并且由于熔点高、导热性差，造成过热区高温停留时间过长，使其过热区出现粗大晶粒，就很可能使枝晶缩松在晶界处形成，使焊接接头的塑性严重下降。
2、蒙乃尔容易吸收气体（主要吸收h2、co等气体），在焊接过程中，如果吸收的气体不能及时扩散出去，就会形成分散气孔，造成类似“马蜂窝”式缺陷，甚至有贯穿整个焊缝的可能。
3、蒙乃尔合金的焊接，当含碳量和含硅量增加时，焊接性能很差。
当含硅量达到1.5%以上时，就不大焊接了。
而硫、磷及低熔点金属以液态薄膜的形式存在于界面，形成很大的收缩力，导致热裂纹的倾向严重。
并且蒙乃尔导热系数小，线膨胀系数小，在焊接局部加热和冷却的条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力，易于产生焊缝凝固裂纹【1】。
4、蒙乃尔材料焊接时，由于焊缝中合金元素含量高，熔池流动性差，易造成焊缝表面成形不良，主要表现在根部焊道背面恶化及盖面焊道表面粗糙。
蒙乃尔(Mone1)合金-HC-TI性能
蒙乃尔(Mone1)合金-HC-TI性能蒙乃尔(Mone1)合金、铸镍合金、哈氏合金等都是制造特殊用途阀门的材料。
Monel 合金是镍基耐蚀合金中的Ni—Cu系合金，最早是由美国国际镍公司(International镍公司)开发的【¨，其典型成分为70％Ni和30％Cu，它是镍基耐蚀合金中应用最广泛的合金。
Monel合金既具有较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能。
因此通常用于制造输送氢氟酸(HF)、盐水、中性介质、碱盐及还原性酸介质C23的设备。
Monel合金也适用于干燥氯气、氯化氢气、高温氯气(425℃ ) 及高温氯化氢(450℃)等介质，但不抗含硫介质和氧化性介质(如硝酸，含氧量高的介质)的腐蚀，因为镍与硫和氧有剧烈反应，易形成Ni3S2和NiOC引。
NiOC引。
蒙乃尔性能:Monel合金为Ni—Cu固溶体，其中Cu是作为在Ni中加入了非氧化性的抗蚀剂，改善了镍合金的耐蚀性，并起强化合金的作用。
其内加入C，可改善合金的铸造性能，但在常温时合金中仅能溶解0．15％的C，过剩的C将以石墨相析出。
加入1．5％～3．5％Fe，也可改善合金的铸造性能。
加入Mn和Si 可以改善合金的机械性能，特别是Si的含量对Monel合金的机械性能和物理性能有重要的影响。
蒙乃尔分类:Monel合金有铸造合金和变形合金(轧材)两大类。
变形合金美国的变形Monel合金有10种之多。
如M onel400、 M onelC、 M onel403、 M onel404、M onel R一405、M onel406、M onel4 1 1、M on—elK500、Monel501和Monel502等。
因Monel在不同的美国标准体系中有各自的表示方法，为了便于使用和计算机统一管理，sAE (美国汽车工程师学会)和ASTM (美国材料与试验学会)联合发展了ASTM—SAE统一数码系统(Unified Numbtring System—UNS)。
蒙乃尔腐蚀性能
蒙乃尔腐蚀性能海水环境 :在静止海水中蒙乃尔的腐蚀率为0.00mm/a。
高硅蒙乃尔合金在不同流速下的腐蚀率小于0.020 mm/a，且数值相近，非常适合在流动海水中使用。
它既能抗静止海水又能抗高速流动海水的腐蚀，可用于各种海洋环境中的腐蚀部件，包括船舶、航母用材、码头、钻井平台、浅海油田、跨海桥、海底管线等等。
在海水中铸造镍铜合金的疲劳和腐蚀疲劳强度氢氟酸:蒙乃尔在所有浓度和所有温度的氢氟酸中耐蚀。
当氢氟酸中含有氧和氧化性盐时，会增加蒙乃尔的腐蚀率，因此操作时，设备中的氢氟酸应与空气隔绝。
蒙乃尔受流速影响较小，因此泵、阀门、泡罩等处于流速较高的条件下的设备和零件采用蒙乃尔更合适，在各种浓度的氢氟酸中，蒙乃尔在120℃以下均具有良好的耐蚀性。
高硅蒙乃尔在一些氢氟酸中腐蚀速率小于普通蒙乃尔，见下表:不同含硅量的蒙乃尔在氢氟酸的腐蚀速率蒙乃尔在氢氟酸中腐蚀蒙乃尔K500 蒙乃尔405 蒙乃尔400 高硅蒙乃尔高硅蒙乃尔水冷mm/a 0.1263 0.1109 0.1235 0.0952 0.0441碱在浓度小于75％和温度小于135℃的NaOH中，蒙乃尔的腐蚀率小于0.01mm/a，在较低的浓度和较低的温度下，腐蚀率常常低于0.0025mm/a。
一般特点：烧碱的腐蚀随温度升高而加剧。
蒙乃尔合金可以应用于高温、高浓度的烧碱。
在KOH中的腐蚀行为与NaOH中基本相似。
在NH4OH溶液中，蒙乃尔的耐蚀性优于纯镍，但只容许在浓度低于3％条件下使用。
蒙乃尔在氢氧化钠中的腐蚀率mm/a14％30－35％50％72％74％熔融88℃81℃51－61℃121℃130℃400℃500℃未充空气未充空气未充空气充空气/ / /0.0013 0.0005 0.005 0.008 0.010 0.044 0.127硫酸蒙乃尔在还原性的硫酸介质，腐蚀率非常低，在不含空气的30 ℃的硫酸中，蒙乃尔在浓度小于85%的硫酸中都是耐蚀的。
复合钢板Monel400_Q345R的焊接
1.1.3 耐蚀特点 均匀腐蚀。 镍铜合金 N04400 在还原性的条件下， 比纯镍 耐蚀； 在氧化性的条件下， 比铜耐蚀。 N04400 的一个显著的耐 蚀特征是，对直至沸腾温度下的所有浓度的氢氟酸表现出极 好的耐蚀性， 正氟化工里被广泛使用, 因此对于本设备的使用 工况,N04400 成为设计选用最佳的材料。 1.2 基层 Q345R Q345R 钢是屈服强度为 340MPa 级的压力容器专用板， 它具有良好的综合力学性能和工艺性能。它是目前我国用途 最广、 用量最大的压力容器专用钢板。根据 2008 年 9 月 1 日 实施的 《GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板》 的新分类， 16Mng 和 16MnR、 19Mng 合并为 Q345R。 Q345R 是普通低合 金钢,是锅炉压力容器常用钢材， 交货状态分： 热轧或正火。 抗 拉强度为 （510-640） 之间， 伸长率大于 21% ， 零度 V 型冲击功 大于 34J。 Q345R 在焊缝和热影响区有不同程度的淬硬倾向， 一般中薄板焊接性能较好，不需要焊前预热也不容易产生冷 裂纹， 在板厚较大 （一般超过 30mm） 拘束度较大、 淬硬倾向较 大时才需要焊前预热，必要时采用焊后热处理。焊接时综合 考虑焊缝金属的韧性、 塑性及强度， 一般在承压设备的焊接应 选用抗裂性好的低氢型焊条焊接， 一般选用 J507 或 J506,对于 厚度较大、拘束度较大及冷裂倾向较大的焊接结构可以考虑 选用超低氢焊条。 1.3 焊接材料 如图 2 所示， 在 NB/T47015-2011 《压力容器焊接规程》 中， 按推荐的 Q345R 基层焊接材料选用焊条 J507，焊丝选用
1.1.2 性能特点 N04400 合金强度中等、 塑性好、 材质软、 易于成形和焊接。
—— 科协论坛 ・ 2011 年第 12 期 （下） ——
蒙乃尔(Monel)合金的焊接
蒙乃尔（Monel）合金的焊接作者：王雨来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2014年第01期摘要：Monel-400合金是一种机械性能和加工性能好，耐蚀性强的Ni-Cu合金，随着加工制造业的发展，其使用量也在逐步增加，本文通过焊接工艺试验，制定合理的焊接工艺参数，并针对易出现的缺陷，提出预防措施。
关键词：蒙乃尔合金焊接工艺焊接缺陷预防措施0 引言蒙乃尔（Monel）合金是以镍为主、铜为辅的镍基合金，最早始于1906年，由美国国际镍公司开发，其典型成分为70%Ni和30%Cu（wt%），是镍基耐蚀合金中应用最广泛的一种合金，在我国相当于Ni-Cu合金（GB5235-35）。
具有易成型，易钎焊，易切削和具有良好的耐热、耐蚀等综合性能，因而受到工程界的广泛欢迎[1]。
由于合金含Cu，故在非氧化性气氛下比纯Ni更耐蚀，在氧化气氛下比纯Cu更耐蚀。
在工程应用上具有悠久的历史，尤其是在化染、化工、船舶等领域中有关泵、阀设备中[2]。
本文将结合工艺实例浅谈蒙乃尔合金的焊接特点和工艺要点。
1 蒙乃尔合金的焊接性蒙乃尔（Monel）合金属于镍铜系列合金，显微组织为单一奥氏体，其焊接特性与奥氏体不锈钢相似。
蒙乃尔（Monel）的化学成分、物理性能、机械性能见表1。
由此可见蒙乃尔（Monel）的强度、冲击韧性较高、延伸性较好，可用于耐蚀要求较高的场合。
但是易产生热裂纹，尤其是弧坑处裂纹敏感性更大，热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展。
液态金属流动性差，且能溶解氧、氮、氢等气体，容易出现气孔。
■2 蒙乃尔合金易产生焊接缺陷的机理2.1 易产生热裂纹冶金方面的影响因素是造成蒙乃尔（Monel）生出热裂纹的主要原因，其次是工艺因素的影响。
镍铁的二元共晶物中含有大量低熔点金属共晶物。
从金属共晶物的含量比较，硫、磷比镍铁多，低熔点共晶物在施焊过程中其液态膜会残留晶界区；另外，由于镍及镍合金线膨胀系数大，施焊时会产生大量应力，这是造成低熔点共晶物在焊缝结晶过程中开裂的主要原因。
蒙乃尔400电阻系数多少蒙乃尔400焊接工艺参数
A1a3a1a6aa6a3a6aa8a1a9a9a
蒙乃尔400合金特性：蒙乃尔400是以铜镍铁锰为主要成分的电热合金。
具有优良的抗腐蚀性能。
蒙乃尔400用途：应用于电子仪表等工业部门制造高耐蚀零件。
主要化学成份% （只供参考）GB/5231-2001
名称铜Cu 铁Fe 镍Ni 锰Mn 锑Sb 砷As 硫S
蒙乃尔400 28-34 1.0-3.0 余量 1.0-2.0 / / /
物理性能
锰铜线材力学性能（GB/T 4423-2007）
牌号状态直径、对边距
/mm
抗拉强度Rm/MPa 断后伸长率A/% 熔点
不小于
电阻系数：0-40A*10-6°-1
蒙乃尔400 Y2 0.1-9 45kgf/mm2 15 /
电阻率
0.40uΩ.m
焊接方法和焊接材料的选用
采用高热输入焊接蒙乃尔合金焊接时，会产生过渡的偏析，碳化物的沉淀或其他有害的冶金现象，可能会引起热裂纹或降低耐蚀性，在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大，增大了热裂纹倾向，因此必须控制焊接线能量，考虑到容器壁厚为3.5mm，我们采用氩弧焊焊接工艺，该工艺不仅具有较低的热输入，保证焊缝质量，且具有焊接速度快、射线探伤合格率高等特点.
焊接时钨极氩弧焊使用巾1.6mm的饰钨极和巾1.6mm的ER NiCu-7焊丝。
焊接接头简图见图2
焊接工艺参数确定
焊接设备选用直流焊机，手工钨极氩弧焊采用直流正接，焊接工艺参数见表4。
蒙乃尔合金NCu30材料焊接工艺
ＮＣ Ｕ３ ０
（ ％）
Ｆ ｅ Ｃｕ
２ ８ ． ０ ～ ３ ４ ． ０ ２ ８ ． ０ ３４ ． ０
标准号
ＧＢ２ ０ ５ ４
Ｃ
Ｓ ｉ
Ｍｎ
Ｓ
Ｎｉ
≤Ｏ － ３ Ｏ ≤ Ｏ ． ５ ０ ≤ ２ ． ０ ≤０ ． ０ ２ ４ ≥６ ３ ． ０ ≤２ ． ５
磊
…
６ ３
Ｐ Ｉ 压 力 容 器 制 造
线 附 近 及 起 弧 和接 头 处 较 多 。这
为６ ￣ ８ Ｌ ／ ｍｉ ｎ 。钨 极 选 用 铈钨 极 ， 规 格 为 ２ ． ４ ｍｍ，尖 端 磨 平 形 成
锥 形 ，直 径 约 为０ ． ４ ｍｍ，可 保 持 电弧 的稳 定 和足 够 的熔 深 。
ｌ ６ Ｍｎ Ⅱ锻件 。 翻边短 节与接管
对 接 连 接 ，接 管 与 产 品 壳 体 及 补
强 圈 角接 连 接 。
的 产生 是 由于 焊 前 清 理 不 到 位 ，
焊 接 过 程 中保 护 气体 被 破 坏 造 成 的 ，Ｈ， ０气 孔 形 成 于焊 道 的 熔 合
表１ ＮＣ ｕ ３ Ｏ 和Ｎ Ｏ ４ ４ ０ ０ 材料化学成分 （ 质量分数 ）
２ ． 焊接 性分析
ＮＣｕ ３ ０ 材 料 为 Ｎｉ — Ｃｕ 合金 ， 又 称 为 蒙 乃 尔 合 金 ， 该 材 料 与
ＡＳ ＭＥ Ｓ Ｂ １ ２ ７ 规 范 中材料 ＵＮＳ 编 号Ｎ ０ ４ ４ ０ ０ ￣ Ｈ 同 ，两 种 材料 化 学 成
分 和 力 学 性 能 对 比如 表 １ 和表２ 所 示 。蒙 乃 尔 合 金是 一 种 以金 属Ｎｉ 为 基 体 ，添 加 ｃｕ 、Ｆ ｅ ￣ Ｈ Ｍｎ 等 其
MONEL400管道焊接MONEL400热膨胀系数
MONEL400管道焊接MONEL400热膨胀系数MONEL400归于镣铜合金，是一种单相固溶体Ni-Cu合金，它在许多介质环境下有出色的耐蚀功能。
从细微的氧化性介质环境到中性环境，到适宜的还原性环境，都有出色的耐蚀功能。
其特功可以概括为如下几点：①在海洋和化工环境下有出色的耐蚀功能。
②对氯离子应力腐蚀开裂很不灵敏。
③从零度以下到55（TC都有出色的力学功能。
④出色的加工和焊接功能。
产品名称：蒙乃尔MONEL400/K-500产品产地：日本/瑞典/美国主要成分：65Ni-32Cu-1Fe密度： 8.8g/cm32. 熔点： 1293-1349℃弹性模量： 173 kN/mm2热导率：16.272λ/(W(m?℃)硬度：HB160－280 MONEL400管道焊接MONEL400热膨胀系数MONEL400归于镣铜合金，是一种单相固溶体Ni-Cu合金，它在许多介质环境下有超卓的耐蚀功用。
从细微的氧化性介质环境到中性环境，到适合的还原性环境，都有超卓的耐蚀功用。
其特功可以归纳为如下几点：①在海洋和化工环境下有超卓的耐蚀功用。
②对氯离子应力腐蚀开裂很不灵敏。
③从零度以下到 55（TC都有超卓的力学功用。
④超卓的加工和焊接功用。
产品名称：蒙乃尔MONEL400/K-500产品产地：日本/瑞典/美国主要成分：65Ni-32Cu-1Fe密度： 8.8g/cm32. 熔点： 1293-1349℃弹性模量： 173 kN/mm2热导率：16.272λ/(W(m?℃)硬度：HB160－280热膨胀系数( 21 - 93°C)：13.9 μ m/m °C工作温度约量： -190 至 +260°C主要特征：合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性，对热浓碱液也有优秀的耐蚀性。
一起还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。
用途举例：适用于石油、化工、造船、制药、电子部分焊接性分析(1) MONEL400管道焊接性分析①镣基MONEL400材料熔点高会导致钙极氣孤焊电弧在焊缝短时间内不能构成熔池，铁液因为熔点高较为粘稠，活动性差，表现在焊接时电弧移动到那个方位，铁液跟从电弧活动到哪里，焊接时简略构成夹渣等缺陷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
蒙乃尔合金的焊接
摘要：蒙乃尔合金是一种机械性能和加工性能好，耐腐蚀性强的Ni-Cu合金，在焊接加工时容易产生热裂纹和气孔等缺陷。
通过对这些缺陷的分析，找出了缺陷
产生的原因，经过焊接工艺试验，制定出合理的焊接工艺参数，解决了焊接中的
裂纹和气孔问题。
关键词：蒙乃尔合金；焊接工艺；热裂纹；气孔
我公司现为某厂生产的2台蒙乃尔合金换热压力容器，其筒体直径为
Φ1300*12，主体材质为上下管箱为Monel400，中间筒体316L和Q345R。
316L和Q345R是我厂经常接触的材料，对其焊接性比较了解。
但是蒙乃尔是Ni-Cu组成
的合金，该合金具有优良的耐腐蚀性能和良好的机械性能和加工性能。
适用于食盐、氨水、苛性碱和碳酸盐溶液，以及酒精、染料溶液等腐蚀性介质的设备和管道。
由于Monel400是我公司第一次接触，首先要对其焊接性作出分析，并作出
焊接工艺评定。
1.Monel400的基本性能和焊接工艺特点
（1）蒙乃尔属于镍铜系列合金.其化学成分和机械性能见表1：
表1：
由上表可见：Monel400的强度，冲击韧性较高，延伸性较好，可用在耐腐蚀要求较高的场合。
（2）焊接工艺特点 Monel400在液态下的流动性及浸润性很差，焊接接头容易产生热裂纹，气孔和不良的表面成形。
为了保证现场焊接的质量，对产生焊接缺陷的原因进行分析如下：
a.热裂纹的形成机理
蒙乃尔合金产生热裂纹的原因有冶金因素和工艺因素，其中冶金因素起主导作用。
蒙尔合金焊接时，由于S，Si等杂物在焊缝金属中偏析S和Ni可形成Ni-NiS低熔点共晶，在焊缝金属凝固过程中，这种低溶点共晶在晶界形成一层液态薄膜，在焊接应力的作用下形
成所谓晶间裂纹。
Si在焊接过程中和氧等形成复杂的硅酸盐，在晶界形成一层脆的硅酸盐薄膜，在焊缝金
属凝固后的高温区形成高温低塑性裂纹；另一方面，由于蒙乃尔合金导热性差，焊接热量不
易散出，容易形成过热造成晶粒粗大，使晶间夹层增厚，减弱了晶间结合力，还能使焊缝金
属的液固相存在时间加长，促进了热裂纹的形成。
b.气孔的形成
气孔的产生蒙乃尔合金的焊接气孔有2O气孔H2气孔和CO气孔。
其中以H2O气孔为主。
这是因为H2O气孔只有在大量氢气进入熔池时才有条件产生。
如电焊条未经充分烘干或被焊
工件的坡口及其附近的油类和污垢没有很好地清除，使大量氢进入焊接熔池。
当熔池凝固时
氢来不及逸出而形成气孔。
在一般情况下，由于镍在液态和固态时氢直接引起的气孔比碳钢
焊接时要少。
CO气孔是由于空气中的氧进入熔池后和金属中的碳化合形成CO。
在熔池冷却时来不及
逸出而形成气孔。
但是在镍及其合金用的焊接材料中含碳量都较低。
如Monel合金用的焊接
材料E-NiCu含碳量为小于0.15％，因而生成CO气孔的机会也很少。
2.焊接工艺试验评定
根据上述蒙乃尔合金的焊接特点，我们制定了相应的焊接工艺试验评定。
2.1焊接规范及坡口形式，采用的板厚为12mm的Monel400材料，坡口角度为70°，手
工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充并盖面。
焊接时按照小电流，多道快速焊，保持层间温
度低的焊接方法，具体焊接规范如表2，焊接接头性能表3：
表2：
3.针对蒙乃尔合金的焊接缺陷热裂纹和气孔，为了防止产生热裂纹采取下列措施
（1）选用小电流，短弧和尽可能快的焊接速度；
（2）运条时焊条不作横向摆动或只作摆幅不超过焊条直径两倍的横向摆动，多层焊接
时要严格控制层间温度，一般层间温度应控制在100℃以下，焊完一道后，要待工件冷至用
手可摸后，再焊下一道，允许用水或风强制冷却，必要时可将工件放在水中或边焊边用水或
风冷却；
（3）为防止弧坑裂纹，断弧时要进行弧坑处理，终断弧时要将弧坑填满或把弧坑引出。
4.焊接时为防止产生气孔，应采取如下措施：
（1）采用碱性低氢型焊条，以减小焊缝金属中氢和氧的含量，这样不但对消除气孔有利，对焊接接头的抗裂性能和机械性能都有利；
（2）充分清除焊口及其附近的油污，焊条使用前要充分烘干，烘干温度在350℃，保温
2小时；
（3）焊接电流采用直流反接；
（4）严禁采用药皮剥落的焊条进行焊接，焊接起弧和收弧处要处理干净，必要时采用
引弧板和收弧板。
结语：
通过工艺试验结果，可以看出在焊接过程中选择合理的工艺参数，采取有效措施预防热
裂纹，气孔等缺陷的产生，便可以得到合格的焊接接头，取得良好的经济效益。
采取合适的
工装措施，保证Monel合金的成型，从而为我公司开辟出一片新的领域。