蒙乃尔焊接技术攻关
如何控制镍及镍基合金的焊接工艺与质量
如何控制镍及镍基合金的焊接工艺与质量镍是重要的有色金属，在工业生产领域发挥了重要的作用，其具有良好的物理特性，本文主要分析了镍的特性，并且针对它的特性，提出了科学的焊接施工工艺。
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具有独特的物理、化学和耐蚀性能，同时又具有良好的高温和低温力学性能，因此，镍及镍基合金在现代工业中得到了越来越广泛地应用，多数镍及镍基合金设备是靠焊接制造而成，镍及镍合金焊接一般采用手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等方法，也可采用埋弧自动焊焊接方法。
但是在焊接过中也会产生很多焊接问题，影响镍及镍基合金设备的使用性能、安全性能和寿命。
为了保证镍及镍基合金设备的安全使，控制镍及镍基合金的焊接质量，需要针对镍及镍基合金的焊接性，制定科学的焊接工艺。
1镍及镍基合金的分类及用途(1)工业纯镍：应用在处理苛性碱的设备上、食品加工设备、化学品装运容器、耐海水腐蚀设备和电器及电子元件等;(2)蒙乃尔Monel(Ni—Cu系)：应用在石油和化工工业及在海洋开发中，可用来制造各种换热设备、石油和化工用管线、锅炉给水加热器、容器、反应釜、塔、槽等;(3)因康镍Inconel(Ni-Gr-Fe系)：应用在化学工业中，用来制造加热器、换热器、蒸馏塔、蒸发器、冷凝器，以及盛装硝酸及硝酸加氢氟酸等用途的容器、管道、塔和槽等;(4)哈斯特洛依Hastlloy(Ni-Mo或Ni-Gr-Mo系)：Ni-Mo系多用于制造盐酸容器的衬里、管道等;Ni-Cr-Mo系主要应用于在强腐蚀性氧化-还原复合介质中应用装置，以及在高温海水中应用的装置;(5)Ni-Cr-Mo-Cu系：对含有氯离子、氟离子的酸性介质的冲刷能够耐冷凝腐蚀;(6)铁镍基合金：常用于加热管、热交换器及蒸汽腐蚀器等，具有优良的耐应力腐蚀性能和耐高温腐蚀性能。
蒙乃尔合金的焊接
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。
蒙乃尔(Mone1400)复合钢板焊接缺陷探讨
性 能和 中温强 度 。 在现 在的 石油炼 化 装黄 中 ， 耐 蚀性 对
能要求苛刻的容器、塔器往往设计成蒙乃尔复合钢板
的形 式 公司承揽 的 阿尔及 利亚 的 项 目初硫 塔中 ， 我 塔
器的上 部分 全部为 Ｓ ６ ／ ０ ＭＯｌｌ０ 。单 Ａ５ Ｇｒ ５ ７ ＋ １ ６ ｉ ０ ｅ４
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的抗还原酸及 强碱 介质 和海 水等腐蚀 的性能 。因此 ，近年来在我国的石油化工装置 中，对 耐蚀性能
’
要求苛刻 的容器 、塔器设备 中，这种合 金得到越 来越 广泛的应用。本文通过对 阿尔及利亚 项 目初硫
塔 Ｓ ５６Ｇ ６／ ０ Ｍｏ ｅ４０ Ａ １ ｒ５ ７＋ ｎ ｌＯ 材料 的焊接研究 ， ‘ 指出焊接 缺陷多为气孑 、 分析 Ｌ 氢致裂纹 ， 致裂 铜
缝两侧 清洗干 净 ， 条经过 ３０ 焊 ５ ℃至少 一个小 时的烘 焙 。 （） 减少 焊接对 复 合钢 板的 影响 ，先焊 接基层 钢 ３为
板 ，焊 接 时先 焊接 Ａ侧 ，Ａ应 首 先考 虑用 手工 焊条 电
２材料 阿 尔 及 利 亚 初 硫 塔 设 备 使 用 的 复 层 材 料 为 国 产
Ｆ Ａ４ Ｅ ４ （ 于攘层 外侧 焊接 ） ７ － Ｈ１ 用 ，Ｍｏ ｅ～ ０ ｎｌ４ ０母材
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纯 的蒙乃 尔 ｍ０ ｅ 材料 ，焊 接要 素 容易控 制 ，其 焊接 ｎｌ
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(Monel)合金的焊接
表３ Ｍｏ ｎ ｅ ｌ ４ ０ ０的 力学 性 能
屈服强度（ Ｍｐ ａ ）Ｉ抗拉强度（ Ｍｐ ａ ）Ｉ伸长率（ ％ ）』硬度（ Ｈ Ｖ） ３ ． １ 焊 接 方法和 焊 接材 料 的选择 蒙 乃 尔合金 Ｍｏ ｒ １ 一 ｅ ｌ 一 ４ ０ ０的焊接 性 与奥 氏体 不锈 钢相 似 ，焊 接 方 法可 以 参
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 。 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 。
合 线 附近及 起弧 及接 头部位 。 这是 因 为焊 接 过程 中 ， 焊 道 周边 部位 引弧和 接 头 部位 会 快速 冷 却 ， 晶 粒粗 大 ， 这 些 区
蒙乃尔 （ Ｍｏ ｎ ｅ １ ） 合 金 的焊 接
王 雨 （ 沈阳鼓风机集团压力容器有限公司）
摘要： Ｍｏ ｎ ｅ （ 一 ４ ０ ０合 金 是 一 种 机 械 性 能 和 加 工 性 能 好 ，耐蚀 性 流 动 性偏 低 ， 在 快速 冷却 条件 下 ， 游 离 出来 的气体 不 能 在 强 的 Ｎｉ — Ｃ ｕ合 金 ， 随着 加 工 制 造 业 的发 展 ， 其使用量也在逐步增加 ， 镍合金 焊缝 金属 凝 固前逸 出 ， 从 而在 焊缝 中形 成气 孔。 蒙 缺 陷， 提 出预 防措 施 。
非氧化 性气 氛下 比纯 Ｎ ｉ 更耐蚀 ， 在 氧化 气氛 下 比纯 Ｃ ｕ更
０ 引言 蒙 乃尔（ Ｍｏ ｎ ｅ １ ） 合 金 是 以镍 为 主、 铜 为辅 的镍 基 合金 ，
Ｃ Ｏ 气孔。 焊 接 前焊条 未烘 干 ， 或工 件坡 口及其 附近 的油 污 清理 不 彻 底 ， 大量 Ｈ 进 入焊 接 熔 池 ， 熔 池凝 固 时 Ｈ ， 未 能 及 时排 除形成 Ｈ 气 孔。 焊接 过程 中 ，空气 中 的氧流 入熔
蒙乃尔600
Inconel 600UNS NO6600，W.Nr.2.4816，alloy600，NA14600合金是镍－铬－铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。
合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、熔焊或钎焊连接。
应用领域航空发动机零部件侵蚀气氛中的热电偶套管腐蚀性碱金属的生产和使用领域，特别是使用硫化物的环境热处理炉中曲颈瓶及部件，尤其是在碳化和氮化气氛中石油化工生产中的催化再生器核反应堆上海坚铸实业供应以下品种规格棒材、板材、带材、锻件、法兰螺栓协商供应执行标准锻件 ASTM B564棒材 ASTM B166?AMS 5665/5667带/板ASTMB168??ASTM?B906?AMS5540?无缝管ASTM B167?ASTM B163 ASTM?B516/517 ASTM B751/B775/B829配件：ASTM B366耐腐蚀能力600合金对于各种腐蚀介质都具有耐腐蚀性。
铬的成分使该合金在氧化条件下比镍99.2 (合金200) 和镍99.2（合金201, 低碳）具有更好的耐腐蚀性。
同时，较高的镍含量使合金在还原条件和碱性溶液中具有很好的耐腐蚀性，并且能有效地防止氯-铁应力腐蚀开裂。
600 合金在乙酸、醋酸、蚁酸、硬脂酸等有机酸中，具有很好的耐蚀性，在无机酸中具有中等的耐蚀性。
在核反应堆中一次和二次循环使用的高纯度水中具有很优秀的耐蚀性。
尤其突出的性能是能够抵抗干氯气和氯化氢的腐蚀，应用温度达650℃。
在高温下，退火态和固溶处理态的合金在空气中具有很好的抗氧化剥落性能和高强度。
该合金也能抵抗氨气和渗氮、渗碳气氛，但是在氧化还原条件交替变化时合金会受到部分氧化介质的腐蚀。
化学成分Typical values(Weight %)力学性能（室温）物理性能溶点：1370-1425 ℃密度：8.4 g/cm3磁性：无加工热加工1.热加工温度范围1200℃～900℃，冷却方式为水淬或快速空冷。
蒙乃尔k500标准蒙乃尔合金k500抗拉强度多少
a1a3a1a6a6a3a6a8a1a9a9a
蒙乃尔合金是一种可时效硬化的无磁性铜镍合金，其主要成分为60%左右的镍及30%左右的铜。
由于其对氢氟酸、氢氰酸、醋酸、磷酸、苛性碱、氯化碱等介质具有优异的抗腐蚀性，在750℃高温下具有高强度、高抗扭转疲劳性能、高韧性和高硬度等特性，被广泛运用于海洋、航空、石油化工等行业。
美国标准ASTM B 865中K 500铜镍合金是一种代表性合金。
但是，蒙乃尔K500合金的锻造温度范围较碳钢等钢种狭窄，锻造时容易出现过热、过烧和冷锻等缺陷，可能引发锻造裂纹。
本文对最近发生的一起K500合金阀盖锻裂事故进行分析，找到了阀盖断裂的原因。
材料检验
对断裂的K500合金阀盖进行了化学成分分析和力学性能测定。
结果表明，阀盖的化学成分和力学性能均符合K500合金的要求，见表1"。
看来，阀盖的成批断裂与原材料质量无关。
阀盖的加工工艺及金相检验
加工工艺
阀盖的冷热加工工艺过程为：真空炉冶炼一钢
锭(尺寸为巾100mmx310mm) 一锻造(敏扁拔长镦出“T”型
d145mmxd20mmxH140mm圆柱体) 一960℃固溶处理一粗加工590℃时效处理一精加工一水压试验。
水压试验时发现阀盖通径外围泄漏。
表面着色探伤发现，该批阀盖整个通径均显现出圆周裂纹，且一只阀盖在水压(23MPa) 试验时断裂，断口粗糙，见图1。
断口检验
问题发生后，对断裂的阀盖进行了断裂面法向截面上的金相分析，结果发现有自外表面向内分布的平行于断裂面的裂纹，基体组织为奥氏体，可见裂纹沿晶分布，采用比较法测得晶粒度为0级，即晶粒异常粗大，见图2。
09MnNiDR钢焊接工艺
的 变化。 分析性能变化原 因， 为０ ９ Ｍ ｎ Ｎ ｉ Ｄ Ｒ铜的焊接提供参考和借 鉴。
关键词 ： ０ ９ Ｍ ｎ Ｎ ｉ Ｄ Ｒ； 埋弧 自动焊 ； 多层 多道焊 ； 热处理状态
中图分 类号 ： Ｔ Ｇ ４ ５ ７ ． １ ｌ
文献标志码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ２ ３ ０ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ － ０ ０ ９ ８ — ０ ３
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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。
焊缝表面成形不良对焊缝性能的影响在常温或高温的工况下表现不明显，但在低温工况下，其表面成形不良造成的应力集中对焊缝低温性能的影响不亚于焊缝内部质量的影响。
二、焊接工艺参数的选择
1、焊接方法及设备的选择
根据以上焊接性分析，蒙乃尔的焊接应采用惰性气体保护焊，并采用小电流，冷焊的方式，以提高热输入，减少高温停留时间，防止粗大晶粒的形成【2】。
根据目前现场施工的情况以及工厂现有设备状况，选择了钨极氩弧焊方法，采用直流正接，焊机选用山东山大奥太焊机。
2、焊接接头形式及坡口形式的选择
由于我们焊接的主要为蒙乃尔盘管，接头形式主要为对接和角接。
根据经验，在管子厚度小于2.5mm时，可以不用开坡口，但考虑到蒙乃尔材料流动性差，线膨胀系数小，所以我们在施工中开单面70°坡口，目的是改变树状晶的结晶方向，分散低熔点共晶的分布【3】减少热应力，放置热裂纹的产生。
3、焊接材料的选择
通过蒙乃尔400化学成分查找与其化学成分相匹配的焊接材料，ernicu-7焊丝与蒙乃尔400母材化学成分一致,为最佳匹配焊材（详见母材与焊接材料化学成分对比表3）。
最终选择美国合金科技公司techalloy（泰克罗伊）生产的monel焊丝。
表3蒙乃尔400母材与焊接材料化学成分对比表
名称 c mn si cu ni al fe s p
母材0.11 0.99 0.16 32,26 65.02 0.04 1.42 ≤
0.001 ≤0.005
焊材0.072 3.53 0.97 29.52 65.11 0.22 0.45 0.001
0.005
4、焊接工艺参数的选择
根据蒙乃尔材料特点，应采用小电流，焊接电流为55-85a；又由于材料流动性差，采取不摆动或微摆动，这样有利于焊缝的成型。
三、焊接工艺性能试验
1、焊前清理
在高温情况下，蒙乃尔合金易受s、p、pb和其它低熔点物质的
作用而引起脆化，而在加工过程中避免这些杂物的沾污几乎是不可能的，所以焊前应对金属表面进行彻底清理，而且要保证坡口平整，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷。
2、焊接施焊及检验
按焊接工艺要求进行施焊，经外观检测、x射线检测以及力学性能试验（图1），判定焊接工艺符合要求，力学性能试验报告见表4。
图1正在进行蒙乃尔400力学性能试验
表4蒙乃尔400焊缝力学性能试验报告
拉伸试验试验报告编号： pqr065
试样编号试样宽度 (mm) 试样厚度
(mm) 横截面积(mm2) 断裂载荷
(kn) 拉伸强度
(mpa) 断裂部位和特征
1-1 11.8 2.5 29.5 18 610 热影响区
1-2 11.9 2.5 29.75 18 610 热影响区
弯曲试验试验报告编号：pqr065
试样编号试样类型 (mm) 试样厚度
(mm) 弯心直径(mm2) 弯曲角度
( 。
) 试验结果
2-1 面弯 2.5 10 180 合格
2-2 面弯 2.5 10 180 合格
6-1 背弯 2.5 10 180 合格
6-2 背弯 2.5 10 180 合格
3、焊接工艺指导书的编制
根据评定合格的蒙乃尔400焊接工艺评定试验结果，编制今后实践过程的蒙乃尔400焊接工艺指导书，指导今后蒙乃尔400的焊接。
四、蒙乃尔焊接实践
08年至今共对化工二厂monel400内盘管进行多次维修（图2），质量检验合格，产品使用至今未出现焊接质量问题，反映良好，再次证明了焊接质量的可靠性；
图2化工二厂维修的一台monel400盘管
以前生产厂家一次维修费用高达10万元，而目前维修费用可以控制在2000元内，通过这次蒙乃尔400焊接工艺的攻关，为公司设备维修降低了成本，提升了工程分公司为公司生产服务的水平和能力。
参考文献
1、ni-cu（蒙乃尔）合金管道结构的焊接焊接技术徐国建吴因杰
2、烷基化装置中蒙乃尔合金管道的焊接石油化工设备赵文林
3、蒙乃尔合金的焊接焊管王贵生
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。