纯镍管道的焊接
镍材质的焊接工艺流程
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在进行镍材质的焊接工艺之前，需要做好一系列准备工作。
纯镍压力管道的焊接及检验
纯镍压力管道的焊接及检验张鹏珍【摘要】纯镍材焊接时易引起焊缝金属和热影响区晶粒粗大,易产生热裂纹、气孔等缺陷,通过优化焊接工艺和焊后的检测手段可以保证其焊接质量,从而保证设备的安全运行.【期刊名称】《湖南有色金属》【年(卷),期】2009(025)006【总页数】3页(P65-67)【关键词】纯镍材;压力管道;焊接工艺;坡口;射线探伤【作者】张鹏珍【作者单位】新疆有色金属工业(集团)全鑫建设有限公司,新疆,鸟鲁木齐,830013【正文语种】中文【中图分类】TH131.3烧碱作为氯碱化工的主要副产品，产量在不断增加。
该产品有一显著特点：具有强烈的腐蚀作用，当烧碱的浓度≥50%时不锈钢也无法完全满足其耐腐蚀性要求，必须选用更具耐腐蚀性材料——镍材。
纯镍能耐碱性和中性溶液的腐蚀，因此，在烧碱装置中大量采用镍制容器和镍管道。
纯镍的晶体结构为面心立方，其特点是熔点高、具有较好的综合力学性能、耐腐蚀和良好的化学稳定性。
在空气中，常温下不被腐蚀，它在质量分数为 50%的碱液中腐蚀速度为1.1×10－6～3.4×10－6mm／h，镍之所以在许多介质中有耐腐蚀性是因为在它表面形成一层牢固的保护膜，阻止镍被腐蚀。
而焊接质量的好坏直接影响焊接接头的耐腐蚀性和力学性能。
纯镍作为一种具有抗腐蚀及特殊的点、磁和热膨胀性能的有色金属，用作压力管道材料也是较少的，纯镍压力管道的监督检验已有明确的规范，但在实际生产和监督检验中必须解决工艺问题及满足相关的检验要求。
现针对某厂烧碱装置中的纯镍（N6）压力管道，介绍其安装的焊接工艺及检验要求。
该项目压力管道的工艺参数为：设计压力 0.6 MPa；设计温度170℃；工作介质50%NaOH；管道材质 N6；管道直径Φ48～114 mm。
材料的化学成分如表 1所示。
纯镍的焊接性能如下：1.纯镍的镍含量≥99.6%，除镍以外，还有铅、硫、磷等杂质，镍与其形成低熔点共晶物。
镍管焊接方案
纯镍管B162UNSN02200的现场焊接六处牛玉宏1概述镍与镍基耐蚀合金是化学、石油化工、冶金、航天、核工业领域中耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属结构材料，1997年，我们十一化建公司在平顶山尼龙66盐工程已二胺装置工艺管道的焊接中首次遇到了纯镍管，其材质为B162UNSN02200。
管材由日本东洋公司提供，其管内介质为已二胺等工艺物料，共有管径1/2″~16″的各类对接焊口142道，壁厚范围2.9~6.35mm，另有角焊缝53道，管线总长63m。
2镍的理化性能分析镍在常温时的晶体结构为面心立方晶格，其熔点及电阻率均低于碳素钢，镍与低碳钢的物理性质比较镍的化学活性低，氧化初期生成的氧化膜能防止镍进一步氧化和腐蚀，镍与其它元素形成合金后，力学性能和抗腐蚀、抗氧化性能显著改善，但热导率和电阻率显著下降。
若镍中混有的杂物较多，则在焊接时易于形成低熔点共晶物，使焊接性能下降，纯镍B162UNSN02200的化学成分及力学性能见表纯镍管B162UNSN3和低碳钢、不锈钢的焊接相比，镍基材料的焊接有奥氏体不锈钢焊接发生的类似问题，如焊接热裂纹倾向、焊缝气孔等。
3．1焊接热裂纹镍的热裂纹敏感性高，产生热裂纹的主要原因是合金凝固时有低点金属或低迷人点化合物的液态膜残留的晶界区，由于收缩应力的作用而发生开裂，由下表可以看出，铁和镍的二元共晶物中有许多低熔点共晶物和非金属共晶物，特别是硫、磷共晶物，它们的熔点与Ni、Fe相比低很多，这将大大助长热3．2焊缝中的气孔倾向较大纯镍固液相温度间距小、流动性偏低，同时O2、H2、CO2在液态镍中的溶解度较大（如O2在1720℃时溶解度为1.18%），但在冷却时显著减小（1470℃时O2溶解度为0.06%）。
故此，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，极易产生焊缝气孔。
和低碳钢、低合金钢相比，氧化性气氛对镍焊缝形成气孔的几率影响更大些，但在还原性较大时对氢气孔也是敏感的。
焊接镍
Ni200纯镍管的现场焊接经验前言镍与镍基耐蚀合金是化学、石油化工、有色金属冶炼、航天核能工业领域中耐高温、高压、高浓度或混有不纯物等各种苛刻腐蚀环境的比较理想的金属材料。
1996年我公司承建了青岛化工厂6万吨/年离子膜烧碱工程，该工程烧碱蒸发工段部分工艺管道在设计中选用了纯镍材质。
纯镍材质管道全部从意大利帕米莱克公司进口。
材质为Ni200，其管内介质为NaOH溶液，规格为2″~4″，总长200多米，各类对接焊口100多道,角焊缝50多道.１．镍的理化性能分析镍在常温时的晶体结构为面心立方晶格，其熔点及电阻率均低于碳素钢。
镍与低碳钢的物理性能比较见表1。
表1镍与低碳钢的物理性能比较镍的化学活性低，氧化初期生成的氧化膜能防止镍进一步氧化和腐蚀，高温时有良好的抗蚀性。
镍与其他元素形成合金后，力学性能和抗腐蚀、抗氧化性能显著改善,但热导率和电阻率显著下降。
若镍中含有的杂质较多，则在焊接时易形成低熔点共晶物，使焊接性能下降。
Ni200管的化学成分和机械性能分别见表2和表3。
表2、Ni200管的化学成分表3、Ni200管的机械性能3. 镍的焊接性能分析3.1镍的焊接性能纯镍和镍合金的焊接性能与奥氏体不锈钢相比有许多相似之处，主要存在焊接热裂纹倾向较大，易产生焊缝气孔等问题，焊接性能较差。
3.1.1焊接热裂纹纯镍的热裂纹敏感性高，焊接时易产生焊接热裂纹。
主要原因有：ａ.纯镍材质中含有的S.P等杂质与Ni作用，易于在晶界形成低熔共晶；b.熔池金属易于形成方向性强的单相奥氏体柱状晶，促使杂质偏析；c.线膨胀系数较大，易形成较大的焊接应力。
3.1.2 焊缝气孔纯镍焊缝气孔倾向较大。
由于纯镍固液相温度间距小，流动性差，同时O2、H2、CO2在液态中的溶解度较大（如O2在1720℃时溶解度为1.18%），但在冷却时溶解度显著减小（1470℃时O2的溶解度为0.06%）。
因此，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，由于析溶出的气体来不及从熔池中逸出而极易在焊缝中产生气孔。
镍管焊接总结
镍管焊接技术论述0 引言随着化工业的发展，低碳材料在化工工程中得到了广泛的应用，特别是在强腐蚀性的苛刻使用条件下，不锈钢材料不能满足耐腐蚀性要求，必须选用具有良好耐腐蚀性能的低碳镍材料。
我单位承接的新缰华泰36万/年PVC配套30万吨/年烧碱项目蒸发、固碱工序安装工程中的工作重点就是国外进口材料低碳镍LC- Ni201管道的焊接工作。
本文就围绕低碳LC-Ni201材质管道的焊接工作进行论述。
1本工程镍管焊接概况本工程所用低碳镍管、焊接用材料都由国外进口。
镍管材质：LC-Ni201，焊丝牌号：Ni61（Φ2.5）。
N i 2 0 1的化学成分如下表2、低碳镍的焊接本工程镍管规格为（Φ88.9X3.05/Φ33.7X2.6/Φ21.3X2.0/Φ13.5X2.0）,采用氩弧焊接工艺，焊接参数如下：管道的坡口尺寸选用大角度，小钝边的形式，对接焊缝坡口角度为 75±5°，钝边1±0.5 m m，组对间隙为1±0.5 m m，如图图中单位以mm计2.1低碳镍焊接常见缺陷2.1.1焊接热裂纹低碳镍材料含镍量≥99％,与含镍量较高的纯奥氏体不锈钢较为相似，焊接时具有一定的热裂倾向。
其热裂倾向跟材料中是否含S、P等有害元素及含量有关。
少量的S、P元素存在就可能对低碳镍的焊接产生相当大的影响，随着S、P含量的增高，热裂倾向大大增加 .其原因是焊缝金属从液态冷却到凝固的过程中，S、P与镍形成的低熔共晶向焊缝金属的晶界偏析而形成液态薄膜，在焊接拉应力的作用下导致热裂纹的产生。
S、P等杂质元素的有害作用还具有叠加的倾向。
2.1.2低碳镍的焊接气孔低碳镍材料对氢气孔非常敏感。
氢在液态金属中溶解度较大，随着温度的下降而显著降低。
由于低碳镍导热系数大，固液相温度区间小，液态金属粘度大，流动性差，焊缝结晶凝固快，熔池液态金属中溶解的氢不易析出，熔池中的氢易饱和而形成气孔。
2.1.3焊缝的未熔合和成形差由于低碳镍导热系数大、熔池冷却速度大，小电流焊接不易充分熔化母材，导致焊缝易出现未熔合缺陷；同时镍的液态金属流动性和润湿性差，从而使得焊缝表面纹路较粗，易产生咬边、凹陷，焊缝成形不如碳钢和不锈钢美观；另外低碳镍焊接时熔池颜色变化不大，不易看清也是导致焊缝成形较差的原因之一。
纯镍压力管道的焊接及监督检验
该项 目 压力管道的工艺参数为 ： 设计压力 ０６Ｍ ａ ． Ｐ ； 设 计温 度 １０ｏ 工 作 介 质 ５ ％ Ｎ Ｏ 管道 材 质 Ｎ ； ７ Ｃ； ０ ａ Ｈ； ６
管 道 直 径 ８ｍｍ ～ ｌ４ ｍ １ ｍ。材 料 的 化 学 成 分 如
磁 和热膨 胀 性 能 的 有 色 金 属 ， 作 为压 力 管道 材 料 也 用
烧 碱作 为氯 碱 化工 的 主 要 副 产 品 ， 量 在 不 断增 产
加 。该 产 品有一 显 著特 点 ： 有 强烈 的腐 蚀作 用 ， 具 当烧 碱 的浓 度 ≥５ ％ 时不 锈 钢 也无 法 完 全 满 足其 耐 腐 蚀性 ０ 要求 ， 须 选 用 更 具 耐 腐 蚀 性 材 料—— 镍 材 。纯 镍 能 必 耐碱 性 和 中性溶 液 的腐 蚀 ， 因此 ， 烧 碱 装 置 中大 量 采 在
头 的力学 性能 和耐 腐蚀 性 能 。 晶粒 粗 大 后用 一般 的 热 处理 工艺 无法 加 以改 善 。
纯镍管道焊接 中， 镍与少量氧形成低熔点共 晶物 ， 晶 在 界偏 析 ， 这都 会 为热裂 纹 的产 生创造 条 件 。
（ ）由于 焊 丝 、 件 上 存 在 水 分 、 污 等 ， 在 焊 ２ 焊 油 会 接 中形 成气 孔 。因 为镍 对 氢 、 较 为 敏感 ， ｌ７０ ｏ 氧 在 ２ Ｃ 的条件 下 氧 在 镍 中的 溶 解 度 达到 １ １％ ， ｌ４０ｏ ．８ 在 ７ Ｃ
是 比较少 的， 纯镍压力管道 的监督检验 已有明确的规 范， 但在 实 际生 产 和 监 督 检 验 中必 须 解 决 工 艺 问 题 及 满足相关 的检验要求 。某化工厂在烧碱装置 中采用 了 纯镍 （ ６ 压力管道 ， Ｎ） 在这里简单介绍一下其安装 的焊
镍基合金内衬管焊接工艺
镍基合金内衬管在化工、石化、煤化工等工业领域有着广泛应用。
为了保证管道的可靠性和安全性，内衬管制造需要进行焊接，主要包括TIG焊、滚焊和MIG电弧焊。
以下是镍基合金内衬管焊接的基本工艺流程：1. 选择合适的焊接材料和设备：根据内衬管和管道材料的特性，选择合适的焊接材料和设备。
常用的镍基合金焊丝有ERNiCrMo-3、ERNiCr-3等，焊接设备一般使用TIG焊机、滚焊机或MIG焊机等。
2. 清理和准备内衬管和管道表面：清理内衬管和管道表面，除去杂质和氧化物，提高接头质量。
通常使用气割、打磨、喷丸等方法。
3. 对准内衬管和管道：将内衬管和管道对准，使用定位器或簧片夹具固定。
4. 进行焊接：根据选择的焊接方法（TIG焊、滚焊或MIG焊），使用相应的设备进行焊接。
在焊接过程中，控制参数（如焊接电流、电压、速度、温度等）要符合规定要求，并加入保护气体防止氧化和污染。
5. 检查和修整：焊接后，进行外观和内部缺陷检查，如有不良和缺陷要进行修整和磨光处理，确保焊接质量。
6. 试验和验收：将焊接好的镍基合金内衬管进行相应的测试和试验，包括X射线检测、超声波检测、水压试验等。
如果合格，进行验收并使用。
需要注意的是，镍基合金的热膨胀系数较大，焊接应控制焊接变形。
另外，高温和腐蚀环境下的内衬管焊接，焊缝的耐腐蚀性也是需要关注的。
为了避免这些问题，内衬管的焊接应该严格按照规范要求来进行。
继续内衬管焊接工艺的讨论，下面是一些其他可能涉及到的方面和注意事项：1. 预热和后热处理：对于某些镍基合金，特别是高合金含量的材料，预热和后热处理是必要的。
预热可以帮助降低焊接变形和应力，后热处理有助于提高焊缝的强度和耐腐蚀性。
2. 选择合适的焊接方法：TIG焊、滚焊和MIG焊都是常用的内衬管焊接方法。
选择合适的方法取决于管道的尺寸、形状和要求、焊接位置的可访问性以及焊接质量要求等因素。
3. 控制焊接参数：在进行焊接过程中，控制焊接参数是关键。
镍管加工和焊接工艺标准
镍管加工和焊接工艺标准1. 引言本文档旨在为镍管的加工和焊接提供标准和指导。
在进行镍管的加工和焊接过程中，按照统一的标准和规范进行操作，能够提高工作效率，确保产品质量，减少可能的事故和损失。
2. 镍管加工标准2.1 镍管的切割：使用适当的切割工具和技术，保证切口的平整且无明显的毛刺和裂痕。
2.2 镍管的弯曲：按照弯曲半径和角度的要求，采用适当的弯曲方法进行操作，确保镍管在弯曲过程中不会出现变形和损伤。
2.3 镍管的打孔：根据需要，使用合适的打孔工具进行操作，确保孔洞位置准确且没有明显的质量问题。
2.4 镍管的表面处理：在进行镍管加工之前，应对镍管的表面进行清洁和处理，以去除污垢和锈蚀，保证加工质量。
3. 镍管焊接工艺标准3.1 焊接前准备：在进行镍管的焊接之前，应对焊接设备进行检查和维护，确保其良好的工作状态；同时，应根据需要选择合适的焊接方法和电极。
3.2 焊接工艺参数：根据镍管的材质、厚度和规格要求，确定合适的焊接电流、电压和速度等参数。
3.3 焊接操作：进行焊接时，必须保证焊接区域干净、无油污和杂质，并采取合适的焊接顺序和技术，以确保焊缝质量。
3.4 焊后处理：焊接完成后，应对焊缝进行必要的处理，如去除焊渣和焊接瑕疵，以提高焊接质量。
4. 安全注意事项4.1 在进行镍管加工和焊接时，必须严格按照相关的操作规程和安全操作指南进行操作，确保人身和设备的安全。
4.2 碰撞、切割和焊接过程中应佩戴适当的个人防护装备，如安全帽、护目镜、手套等。
4.3 避免在有易燃物质和有害气体的环境中进行加工和焊接，以免引发火灾和危险气体中毒。
以上为镍管加工和焊接工艺的标准和注意事项，应在实际操作中严格遵守，同时根据具体情况合理调整和完善。
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Ni200纯镍管道的焊接
中国化学工程第十六建设公司廖翼翔
山东滨州化工集团公司陈文玮李鹏
摘要：通过对Ni200纯镍的理化性能和焊接性进行分析，制定了该材料的焊接工艺并在工程中成功进行了应用。
采用TIG焊接方法和大电流、快速焊工艺以及进行严格的焊前清理和低温环境必须焊前预热是保证纯镍管道焊接质量的关键。
关键词：热裂纹气孔未熔合焊缝成形焊前清理氩弧焊预热
1、前言
山东省滨州化工集团5万吨/年离子膜片碱装置采用瑞士博特公司（Bertrams Chemical Plant Ltd）技术，其主要原理是通过一、二段蒸发和三段浓缩将32%的NaOH 溶液制成99.99%的熔融烧碱，再通过结片机冷却、刮削制成片碱。
整个工艺过程所涉及的关键设备和管道组成件均从瑞士博特公司进口。
由于烧碱溶液在蒸发、浓缩过程中随着浓度、温度的升高，腐蚀性越来越强，对工艺设备和管道材质选材要求也越来越高，当烧碱溶液浓度≥50%时，不锈钢材料已不能满足耐腐蚀性要求，必须选用具有良好的耐苛性碱腐蚀性能的纯镍材料。
该装置一段蒸发以后的设备和烧碱溶液管道实际采用了Ni200材料，管道总长240多米，焊口260多个。
管道最小规格为DN25mm，最大为DN800mm，壁厚3.05～4.31mm。
在强腐蚀性的苛刻使用条件下，纯镍管道焊接质量好坏关系到整套装置能否长期安全稳定运行，且由于纯镍材质理化性能和焊接性特殊，焊接操作难度大，焊接技术要求很高，业主和博特公司专家对纯镍管道的焊接十分重视，焊接质量检验全部采用瑞士标准。
纯镍管道的焊接也成为该项目施工的关键。
2、纯镍的化学成分和物理性能
2.1化学成分
2.2物理性能
3、低碳镍的焊接性分析
纯镍材料焊接主要存在焊接热裂纹、气孔和焊缝外观成形差等问题。
1）焊接热裂纹
纯镍材料含镍量≥99%，焊接时具有一定的热裂倾向，与含镍量较高的纯奥氏体不锈钢（δ≤0.6%）较为相似。
纯镍材料的热裂倾向跟材料中是否含硫、磷等有害元素及含量有关。
少量的硫、磷元素存在就可能对纯镍的焊接产生相当大的影响，随着硫、磷含量的增高，热裂倾向大大增加。
其原因是焊缝金属从液态冷却凝固过程中，硫、磷与镍形成的低熔共晶向焊缝金属的晶界偏析而形成液态薄膜，在焊接拉应力的作用下导致热裂纹的产生。
硫、磷等杂质元素的有害作用还具有叠加的倾向。
因此控制材料中硫、磷杂质元素的含量，防止外界含硫、磷物质污染非常重要。
2）焊缝气孔
纯镍对氢气孔非常敏感。
氢在液态金属中溶解度较大，随着温度的下降而显著降低，由于纯镍导热系数大，固液相温度区间小，液态金属粘度大，流动性差，焊缝结晶凝固快，熔池液态金属中溶解的氢不易析出，熔池容易为氢所饱和而形成气孔。
控制焊缝气孔的关键是减少熔池液态金属中的[H]等的含量，一方面应采用合适的焊接材料，另一方面必须保证焊件和焊丝的清洁，防止外界空气、油脂、水份等污染熔池。
焊接气候条件对焊缝气孔影响相当大。
当环境气温低于16℃时易产生气孔，这是由于坡口表面存在冷凝水的缘故，使用丙酮擦洗也不能清除，焊前必须预热；施焊时还要求空气相对湿度<65%。
3）未熔合和焊缝成形差
由于纯镍材料导热系数大、熔池冷却凝固快，小电流焊接不易充分熔化母材，导致焊缝易出现未熔合缺陷；液态金属流动性和润湿性较差，焊缝表面波纹较粗，易产生咬边、凹陷，焊缝成形不如碳钢和不锈钢美观；另外纯镍材料焊接时熔池颜色变化不大，不易看清也是导致焊缝成形较差的原因之一。
4、焊接工艺
1）焊接方法的选择
手工钨极氩弧焊（TIG ）具有熔池保护效果好，焊缝金属致密，焊丝中脱氧合金元素过渡系数高，易于操作，焊缝外观成型美观，探伤合格率高等优点，纯镍管道现场焊接采用TIG 焊能保证焊接质量。
2）焊接材料的选择
该牌号焊丝中含有一定的锰，锰与硫化合阻止低熔共晶硫化镍的形成，能有效预防热裂纹的产生；焊丝中少量的铝、钛元素则起到脱氧剂作用。
3）纯镍材料的保管和防护
纯镍易受到硫的侵害，当它与含硫物质接触，温度超过300℃的临界值时，热的硫就会渗入晶界转化为硫化镍。
硫以很多种形式存在于物质中，易于纯镍接触的有油、油脂、灰尘、油漆、标记墨水、胶布、指纹（汗液）、脚印、还有含硫化物的污染空气等。
因此为了避免材料受到污染，施工前纯镍管子、管件一定要存放在干燥、干净和安全的仓库，并指定专人负责保管。
安装前车间门窗封闭、地面打扫干净；安装过程中工人穿干净的工作服，戴干净的手套，不直接用手摸材料；预制材料放在干净的工作平台上，并用塑料薄膜覆盖；材料不跟铁件、地面接触；在材料表面不得用记号笔作标记等。
4）坡口制备
纯镍焊缝金属不象碳钢和不锈钢焊缝金属那样易于流动和润湿母材，为便于焊1。
采用管子坡口机加工管道坡口。
不便于机加工的坡口可先采用角向磨光机磨
制，然后用挫刀修磨坡口表面。
5）焊前清理和组对
组对前先用不锈钢钢丝刷将坡口表面的氧化膜清理干净，然后用丙酮或酒精擦洗坡口及两侧50mm范围内母材表面，以除去水份、油污等。
焊丝不用时放在焊丝包装筒内以免受到外界灰尘等污染，焊接时抽出用丙酮或酒精擦洗后使用。
组对时管子错边量不大于管子壁厚的10%；组对间隙见图1。
点固后的焊缝应随后焊完，以免放置过久需再清理。
6）焊接工艺参数
由于纯镍导热系数大，凝固快，焊接时应采用较大的焊接电流，否则易出现未熔合、根部未焊透、焊缝表面成形差等现象。
纯镍管道焊接工艺参数选择见下表：
7）焊接注意事项
a、打底和第一层填充焊时必须对焊缝背面进行充氩保护，防止焊缝根部氧化和成型不良。
b、打底焊时封口用的胶布不能直接粘在管道上，应如图2所示反粘，防止附
图 2
c、焊接时不得采用划擦法起弧，必须使用专门的氩弧焊机并采用高频引弧，防止夹钨现象。
d、在焊道表面由焊丝中的脱氧剂形成的氧化物、渣点及镍的氧化膜粘着力强，多层焊时必须用不锈钢丝刷或角向磨光机将焊道表面清理干净，防止产生层间未熔合。
e、禁止在母材上引弧，收弧时弧坑应填满。
f、当环境温度低于16℃时焊前应用干燥的热风对坡口及附近区域进行预热，
以去除其表面的冷凝水，防止气孔产生。
5、结论
纯镍管道正式安装前按照上述焊接工艺进行了焊接工艺评定，试验一次成功。
在随后的安装中共焊接对接焊口265道，探伤一次合格258道，一次合格率达到97%，焊接质量得到了业主和瑞士专家极高的评价。
实践表明，Ni200纯镍管焊接采用TIG焊和匹配的UTP80Ni氩弧焊丝以及大角度的焊接坡口，焊接时使用大电流快速焊，并注意对焊缝根部的保护，能获得优质焊接接头。
注意对管子管件的保管和施工过程的防护，认真做好焊前清理也是成功焊接Ni200纯镍管的关键。
在冬天低温环境条件下，焊前一定要对坡口进行预热。