MONEL—400合金管道的焊接工艺
Monel-400焊制容器的主要缺陷及优化工艺
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —５ ５ ２ １ ． ７ ０ ０ ：１ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ． ０ ７ ７ ４ ． ０ ０ ． １ １
・ ４ ３・
Ｍｏ ｅ一 ｎｌ ０ ４ ０焊 制 容 器 的 主 要 缺 陷 及 优 化 工 艺
随着 现代 工业 的快 速 发 展 ， 色 金 属 的应 用 愈 有 加 广泛 。蒙 乃尔 合 金 ４ ０ Ｍｏ ｅ ４ ０ 为 镍一 合 金 ０ （ ｎｌ ０ ） 一 铜 系列 ， 有优 良的抗酸 、 等腐蚀 的能力 。在 某些 介 具 碱
和抗 腐蚀 、 氧化 性能 显著改 善 ， 抗 但热 导率 和 电导率 有 所下 降 。焊接 中也 与一 般 的钢 铁 材料 大 不 相 同 ，
ｓ ｍ ａ ｉｅ ｈｒ ｕｇ ｅ ｉｓ ｏ ｅ ｔ ｆｗ ｅ ｄ ｎｇ ａ ｏｎ ｔ ｕ ｔｎｇ ｐｒ ｃ ｉｅ ， ｗ ｈ ｃ ｍ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｒｂｕ ｉ ｎ ｔ ｕｍ ｒｚ ｄ ｔ ｏ ｈ ａ ｓ ｒｅ ｆｔ ｓ ｓ ｏ ｌ ｉ ｎｄ ｃ ｓ ｒ ｃ ｉ ａ ｔｃ ｓ ｉｈ ｋｅ ｏ ｔ ｉ ｔｏ ｏ
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关 键 词 ： 属 材 料 ； ｎ ｌ ０ ； 备 焊 接 ； 要 缺 陷 ； 化 工 艺 金 Ｍｏ ｅ ４ ０ 设 一 主 优
中 图 分类 号 ： Ｇ１ ３ ４ ＴＧ ５ ． Ｔ ３． ； ４ ７１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７７ ４ （ ０ １ ０ ０ ３０ １ ０ —５ ５ ２ １ ） ７０ ４ — ５
monel400蒙乃尔
Monel400的耐腐蚀性能一般情况下比镍铜更优越,它比纯镍更耐还原性介质的腐蚀，比纯铜耐氧化性介质的腐蚀，对硫酸、磷酸、碳的耐腐蚀性非常好。
特别是耐氢氯酸的腐蚀，对热浓碱也有优良的耐腐蚀性。
Monel400合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。
同时在海水中比铜基合金更具耐蚀性。
各国牌号名称叫法也有不同，monel400各国牌号名称：国标为68Ni28Cu28Fe，美标为MONEL400，ASTM B127，ASME -127，AMS 4554，日本JIS NW4400，德国DIN为2.4360，DIN1743，英国为NiCu30Fe，NTR为EG1,NA13incoloyA286。
主要成分：65Ni-32Cu-1Fe-0.1C金相结构：Monel400合金的组织为高强度的单相固溶体。
机械性能：抗拉强度：σb≥450Mpa，屈服强度：σb≥170Mpa，延伸率：δ≥30%主要用途：海洋：蒙乃尔合金具有优良的抗海水腐蚀性能，是理想的海洋用材，被广泛的应用于海洋设备、设施中。
船用设备、管道系统的重要部件：泵和阀的零部件，如泵轴、阀杆、阀盘等；它既能抗静止海水又能抗高速流动海水的腐蚀，可用于具有抗冲击腐蚀性能的部件，如船舶推进器、螺旋桨、螺杆、叶轮、各种紧固件、船用热交换器等。
海底输油管道和大桥所用的紧固件螺栓、螺母、联结件等。
海上采油平台飞溅区防海水腐蚀结构件等。
航母的不少设备和系统都广泛的应用蒙乃尔材料。
石油化工：低硫高盐原油的常压蒸馏装置塔体衬里和塔盘等部件及塔顶冷凝管束等一般都采用蒙乃尔合金。
用于石油化工生产中，氢氟酸作催化剂的装置，如烷基苯氢氟酸烷基化装置和汽油氢氟酸烷基化装置等，氢氟酸具有强腐蚀性和剧毒性，其阀门性能就必须有相应的可靠性。
熔碱工程设备核心管路；洗涤化工管材；反应釜、蒸发器、热交换器、储灌、泵、搅拌桨轴、阀门阀杆；造纸工业的结构件等等。
航空航天、核工业：核工业所用阀门、阀杆、轴套制造；铀提炼核同位素分离设备；——————————————————————————————Monel400蒙乃尔：①⑧⑨⒍⒋⒍⒏②⑥⑧Monel400钢板、Monel400棒、Monel400锻件、Monel400管，Monel400带材配套焊接材料及焊接工艺：MONEL400合金的焊接建议采用AWS A5.14焊丝ERNiCu-7或AWS A5.11焊条EniCrCu-7，焊材尺寸有Φ2.4、3.2、4.0,产地为：美国SMC和德镍，焊接工艺及指导书欢迎来电索取。
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。
Monel 400与Q345R异种钢SMAW焊接
引言镍铜合金（Monel400）在国外生产应用已多年，但由于材料成本、工艺制造等因素，国内镍铜合金应用仍不算普及，目前主要应用于氟化工、石油机械、精细化工、化肥等领域的设备及部件中。
这些行业使用的设备大都属于特种设备范畴内，如压力容器、压力管道等，工作压力均远远超过0.1MPa。
盛装介质大多是最高工作温度高于或者等于其标准沸点的各种强酸强碱，且主要划分至危险系数更高的第三类压力容器或是GC1类压力管道。
Monel400镍铜合金就是一种已经证明过的、在压力容器和压力管道行业氟介质中广泛使用的、最具有优异耐腐蚀性能的特殊材料，其在中高温的强酸、强碱中也表现出较好的耐腐蚀效果。
随着经济的不断发展，我国近年也更新了镍基合金的国家标准规范，新增了Monel400镍铜合金牌号，但Monel400合金材料价格仍很高，国内的压力容器、压力管道很少整体采用Monel400合金材料，一般采用碳钢材料为基体保证其强度，Monel400合金保证其耐强酸腐蚀性能。
该种应用不可避免地存在异种金属焊接。
目前，手工电弧焊仅有 “GB/T13814-2008”镍及镍合金焊条一份国家标准作为推荐性标准，与异种钢碳钢的焊接工艺也没有相关的技术规范，仍处于发展的阶段。
为此，分析研究Monel400与Q345R 异种钢的焊接，采用两种焊条进行对比试验，确定其焊接方法、焊接工艺，以期为今后两种金属的异种钢焊接提供数据支撑。
1 试验材料一块试板为Monel400合金，一块试板为Q345R，试板厚度为6mm，尺寸如图1所示。
图1 试板尺寸两种异种钢材料质保书化学成分和力学性能如表1、表2所示。
手工电弧焊两种焊条化学成分如表3所示。
2 焊前准备依据特种设备标准NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》、NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》，特制定Monel400合金与Q345R焊接工艺作业指导书。
（1）施焊场地。
与其他类别材料分开，地面铺置防划摘 要：Monel400合金与Q345R进行异种钢焊接，采用SMAW手工电弧焊（分别采用焊条ENi2061、焊条ENiCu-7进行对接焊接），对两块试板对接焊缝进行性能对比分析。
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。
400复合板焊接要点
Monel400复合板焊接工艺要点1.焊接环境焊接应在清洁、干燥的环境中进行，温度应在15℃以上。
严禁在含铁等灰尘的空气中施焊。
2.焊工焊接Monel400复合板的焊工应持有相应项目的基层碳钢焊接项目和镍基合金堆焊项目，且应是焊接技能好，焊接质量一贯稳定的熟练焊工。
焊工在施焊中应穿戴干净的皮手套和干净洁白的帆布工作服，穿绝缘工作鞋。
在工件装配过程中操作人员必须佩戴干净的手套，禁止直接用手触及焊件。
3.焊接3.1焊接方法基层焊接采用埋弧自动焊或焊条电弧焊，过渡层和耐蚀复层采用钨极氩弧焊。
3.2焊接次序先焊基层，基层经外观和射线无损检测合格后，再焊接过渡层和耐蚀复层。
3.3坡口型式对接接头的坡口加工采用机加工；筒体接管角接头应用等离子加工，污染面必须用机械的方法打磨光亮，打磨中不能出现过热的表面。
坡口加工及组对如下图所示。
3.4焊前清理与焊接保护清理过程是将坡口及两侧25mm范围内打磨光亮去除氧化膜，再用丙酮清洗去除油污和灰尘。
打磨用不锈钢丝刷。
焊接时应对三个焊接区域进行气体保护，即熔池、熔池后部高温区、焊缝背面。
熔池由氩弧焊枪喷嘴保护，焊缝后部高温区和焊缝背面由拖罩保护。
保护的效果以银白色为最佳。
多层焊时，每一层都要用拖罩上下保护高温焊缝。
长期未用的保护拖罩，使用前要进行烘干。
保护拖罩为紫铜制作。
应事先按实际形状的需要做好保护拖罩。
3.5焊接材料Monel400耐蚀复层堆焊用ERNiCu-7（φ2.4）；过渡层堆焊用ERNi-1（φ2.4）纯镍焊丝；低合金钢16MnR的焊接选用J507焊条（焊条电弧焊）或H10MnSi焊丝（埋弧自动焊）。
3.6焊接工艺参数施焊中严格限制焊接线能量。
堆焊第1层（过渡层）时，焊接电流不超过120A，堆焊层厚度不超过1mm；以后各层的电流不超过140A。
堆焊的层数不少于3层。
过渡层和复层堆焊时，控制层间温度不超过90℃。
4.焊接接头检验焊缝表面成形光整，无凹凸不平现象。
化工用Monel-400容器的焊接裂纹成因及优化工艺
以及操作 环 境 中 的粉 尘 、 度 等 的 污染 均 有 较 强 的亲 湿 和力 。随着温度 的升 高 ， 化 学 活性 急剧 增 强 ， 固态 其 在 下就有 很 强 的吸 收 空 气 中 多 种 杂 质 元 素 及 粉 尘 的 能 力， 从而 使材 料严 重 脆 化 或 劣化 。Ｍ ｎｌ ４０合 金 的 ｏｅ 一 ０
收缩力， 也易促使热裂纹倾向的加剧。
镍进一 步氧 化 和腐 蚀 ， 温 时 亦 保 持 良好 的抗 腐 蚀 性 高 能 。镍 与其他 金 属 元 素形 成 合 金 后 ， 学 性 能 和抗 腐 力 蚀 、 氧化性 能 显 著 改善 。但 热 导率 和 电 导率 有 所 下 抗
１１ Ｍ ｎｌ ４０合金 的基本 特性分 析 ． ｏｅ一 ０ 表 １ 表 ４给 出了 Ｍｏｅ 一 ０ 至 ｎｌ ４０合 金 的化 学成 分 、 物理性 质 、 学性 能及耐腐 蚀性 能 。 力
了化工用蒙乃尔合金容器 的焊接工艺 ， 制定 了相应 的焊 接工艺评 定及专项 技术措施 ， 为现场 优化施焊 蒙乃尔合金
容器及高返 修合格率 积累 了一定经验 ， 对类似设备 的焊接制造亦有积极的指导作用 。
关键词 ： Ｍｏ ｅ 一 ０ 化工容器 ｎ ｌ ４０
中 图分 类号 ： Ｔ ４ ７ ４ ０合 金 的 常 规 力 学性 能
基金项 目： 河北化工医药职业技术学 院科研资助项 目（ Ｚ ８ Ｉ Ｙ ００ ） ２１ ０ ０年第 ６期 ４３
表 ４ Ｍｏ ｅ 一 ０ ｎ ｌ ４ ０合金在一些介质中的耐蚀性①
注① Ａ ——可接受 ； Ｅ Ｇ ——良好至优 良； Ｒ Ｎ ——不推荐使用 。
（） ４ 焊接裂 纹常见 形式 及原 因分 析 由于 Ｍｏｅ 一 ｎｌ ４Ｏ合金热膨胀 系数 小 ， 变形 量 以及相 变 时产 生 的体 Ｏ 热 积变化均很小 ， 本身硫 、 、 磷 碳等杂质含量很低 ， 接过程 焊 中没 有形成裂纹的明显趋势 。但 当焊接过 程焊缝 吸收一
(完整版)Monel400执行标准Monel400化学成分
Monel 400蒙乃尔蒙乃尔400特性及应用领域概述：蒙乃尔400(UNS N04400、NCu30)蒙乃尔400 合金的组织为高强度的单相固溶体，它是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。
此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优质的耐蚀性，对热浓碱液也有优良的耐蚀性。
同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。
该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹，切削性能良好。
400合金是一种铜镍合金耐蚀性优良，在各种媒介中具有良好的耐腐蚀性，焊接性能好、高强度中度，该合金已在多种场合中广泛应用. 在咸水或海水具有优良的抗孔蚀、应力腐蚀能力.尤其是耐氢氟酸和抗盐酸.广泛应用于化工、石油、海洋工业.蒙乃尔400相近牌号：蒙乃尔400 化学成份：蒙乃尔400物理性能：蒙乃尔400力学性能：(在20℃检测机械性能的最小值)蒙乃尔400生产执行标准：圆钢、棒材、带材、管材、阀座、球体、法兰和锻件协商供应蒙乃尔400 金相组织结构：Monel400合金的组织为高强度的单相固溶体。
蒙乃尔400工艺性能与要求：热加工退火温度应控制在700-900 ℃，推荐快速空冷以得到最佳耐腐蚀性能。
时间和温度将直接影响最终晶粒度,必须仔细制定退火参数。
冷加工冷加工应进行中间退火。
具有较高加工硬化率冷成形变形量要高于5%，必须在去应力或退火后才能使用Monel400焊接工艺可用氩弧焊、等离子体电弧，气体保护焊或手弧焊等方法进行焊接，首推脉冲电弧焊，焊后最好进行表面处理。
应用范围.Monel400合金是一种多用途的材料，在许多工业领域都能应用：1.动力工厂中的无缝输水管、蒸汽管2.海水交换器和蒸发器3.硫酸和盐酸环境4.原油蒸馏5.在海水使用设备的泵轴和螺旋桨6.核工业用于制造铀提炼和同位素分离的设备7.制造生产盐酸设备使用的泵和阀。
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MONEL—400合金管道的焊接工艺
一、合金化学成分
二、MONEL—400合金的焊接性
1、易产生热裂纹，尤其是弧坑处裂纹敏感性更大。
主要是弧坑处S、P偏析，S、P与Ni形成低熔点共晶体，在焊缝结晶过程中，偏析于晶体边界，在拉应力作用下产生裂纹。
所以S、P含量必须严格控制。
2、液态金属流动性差，且能溶解氧、氮、氢等气体，容易出现气孔。
三、焊接工艺
1、熔敷金属化学成分（%）
焊丝ERNiCu—7 monel—60；焊条ENiCu—7 monel—190
2、焊材350℃×1h烘干；焊丝用丙酮擦洗干净，随擦随用。
3、电弧焊极性为直流反接；TIG为直流正接，钨极直径正接，钨极直径φ3mm，喷嘴直径φ10mm，氩气纯度99.99%。
4、机械打磨并用丙酮擦洗坡口及其边缘。
5、坡口形式
6、焊接顺序
8、填丝要保持合适的角度，以快速送进为宜。
9、施焊中注意控制熔深，熔合比在50%以下。
（小电流施焊）。
10、焊道以窄而平为最佳。
仰脸焊部位应尽量减少熔池体积，以利焊缝成型。
收弧时注意填满弧坑。
11、必须采用短弧焊。
四、性能检验
σb：493MPa 冷弯角：α180°
T法晶间腐蚀试验。