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1、NS312(600)合金钢焊接工艺李步连摘 要:通过对NS312（600）合金钢焊接性的分析和评定，合理选择了焊接方法及工艺参数，使焊接接头满足了结合性能和使用性能。关键词:合金钢 焊接性 热裂纹2003年5月福建炼油化工有限公司碱渣装置WAO系统管道因发现裂纹需检修。该系统的管道是从美国整体预制后引进安装的，管道材质为NS312（600）镍基耐蚀合金（也称因康镍600），目的是增强工艺管线在碱渣中的耐腐蚀性，延长管线使用寿命。该系统管子直径为60*4mm，共有焊接接头90道，焊缝要求100RT100PT，针对NS312（600）合金钢耐蚀性及易产生焊接热裂纹的特点，需制定合理的焊接工艺，以确
2、保焊接接头的结合性能和使用性能。1 NS312（600）合金钢焊接性分析1.1 NS312（600）合金钢物理特性NS312（600）合金钢具有低热导率、线膨胀系数大、高电阻率及高强度的表面保护膜，这些物理特性决定了焊件将产生较大的焊接扭曲变形、近缝区过热，存在产生热裂纹等危害性缺陷的可能。 1.2 NS312（600）合金钢焊接接头的热裂纹 NS312合金钢具有较强的热裂纹敏感性，一般分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。结晶裂纹最容易产生在焊道弧坑，形成火口裂纹，多半沿焊缝中心线纵向开裂，也有垂直于焊波。液化裂纹多出现在紧靠熔合线的热影响区中，有时出现在多层焊的前层焊缝中。高温失塑裂纹可能
3、发生在热影响区中，也可能发生在焊缝中。各种裂纹有时是宏观裂纹，且有宏观裂纹时常常伴随微观裂纹，但有时仅有微观裂纹。热烈纹发生在高温状态，常温下不再扩展。1.3 NS312合金钢耐蚀性NS312合金钢焊后对耐蚀性能并没有多大影响。通常选择填充材料的化学成分与母材接近。这样焊缝金属在大多数环境下其耐蚀性与母材相当。对于大多数镍基耐蚀合金不需要通过焊后热处理来恢复耐蚀性。但对于NS312（600）合金钢工作在熔融状态苛性碱中，需要焊后消除应力热处理以防止应力腐蚀裂纹。1.4 限制线能量采用高热输入施焊NS312（600）合金钢会产生不利的影响。在热影响区（HAZ）产生一定程度的退火和晶粒长大。高热输
4、入可能产生过度的偏析、碳化物的沉淀或其它的有害的冶金现象。这就可能引起热裂纹或降低耐蚀性。在焊接时要控制焊接线能量。2 焊接工艺选择2.1 焊件清理焊件表面的清洁性是成功地焊接NS312（600）合金钢的一个重要准备。焊件表面的污染物质主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。NS312（600）合金钢表面氧化皮的熔点比母材高得多，常常可能形成夹渣或细小的不连续氧化物。这类氧化物不连续特别细小，一般用射线探伤和着色探伤也查不出来。S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb和As等凡是能和Ni形成低熔点共晶的元素都是有害元素。这些有害元素增加NS312（600）合金钢的热裂纹倾向，这些元素经常存在制造、安装过
5、程所用的一些材料中。在焊接预热或焊接前，先用砂布打磨后用丙酮清洗，彻底清除坡口两侧各50mm（包括钝边和坡口内）范围内的杂物。2.2 预热温度确定 根据NS312（600）合金钢的化学成分（见附表1）分析，NS312（600）合金钢一般不需要焊前预热。但当母材温度低于15时，应对接头两侧250-300mm宽度区域内加热到15-20，以免潮气冷凝而会使焊缝产生气孔.在大多数情况下，预热温度和焊缝层间温度应较低，以免母材过热。表1 NS312（600）合金钢化学成分化学成分CMnPSSiNiCrFeCuMo供货提供0.0060.20.0090.0010.3674.3216.48.080.03/实际
6、测值1）0.00670.44/0.1474.6318.758.750.00362.66注：1）福建炼油化工有限公司工艺设备运行监测站ARC-MET930光谱仪测试,下表2同.2.3 焊接方法的选择NS312（600）合金钢主要以管材形式使用，由于其液态金属流动性差，不象钢焊缝金属那样容易润湿展开，故手工钨极氩弧焊是首选的好方法。便于观察熔池的熔敷情况、容易消除背面内凹缺陷及控制热输入。2.4 焊材选择NS312（600）合金钢焊丝成分大多数与母材相当，但焊丝中一般加入一些Ti、Mn和Nb等合金元素，以补偿某些元素的烧损以及控制焊接气孔和热裂纹。由于目前国产钨极氩弧焊焊丝尚未标准化，结合母材的化
7、学成分和使用性能，选用美国产2.4mm的ERNiCr3焊丝，焊丝的化学成分见表2。表2 ERNiCr3焊丝化学成分化学成分CMnPSSiNiCrTiFeCuNbTa供货提供0.082.90.010.00120.472.519.40.652.70.042.6实际测值0.0853.0/0.3572.720.00.622.650.0352.653 工艺评定3.1 采用60*4mm NS312（600）合金钢管进行评定，选用WS-315逆变氩弧焊机，衰减收弧，保证消除火口裂纹。用水平固定位置。焊接时注意以下几方面：（1）坡口和钝边确定NS312（600）合金钢焊接熔池熔深浅,液态焊缝金属粘度大,流动性
8、差，不易流到焊缝两侧，并且由于焊丝需添加改善抗裂性和控制气孔的元素,焊缝至少应含有50%填充金属,这些元素才起着有效的作用.故坡口角度要选大些，接头钝边的厚度要薄一些,保证较大的熔合比.但焊接时尽量减少焊接接头余高和控制宽度，以其提高射线透照区域的检出范围和缺陷检出率。坡口尺寸见图一。 605 60*4 60*4 0-0.5 2-3 图一 （2）钨极及形式确定钨极的直径与焊件厚度和焊接电流有关系，对于4mm厚的焊件，钨极直径选22.4mm。当焊接规范一定时，电极的形状影响焊缝的熔深和宽度。尖头钨极可保持电弧稳定与足够通常的熔深。选用圆锥角度为300，尖端磨成直径约0.4mm的平端这一形式的铈钨
9、极。（3）收弧时间确定根据NS312合金钢容易产生热裂纹及焊接过程的不均匀加热和冷却的特点，采用延时收弧消除火口裂纹是很有必要的。但收弧时间太长不但降低劳动生产率，而且更重要的是容易使焊接变形加大和因为收缩变形造成间隙变小，造成未焊透、未熔合等焊接缺陷,收弧时一定要填满弧坑。一般延时时间为34秒即可。（4）运弧送丝过程控制由于NS312合金钢焊缝金属流动性差，故组对间隙要大些。焊接时，要看清电弧把钝边熔化，焊丝填充时要送到熔池根部，保证焊缝背面成形好。盖面时要采用摆动工艺，但摆动幅度不能太大，否则容易造成层间未熔合和焊缝的宽窄、高低不一致的表面质量差，表面摆动距离不超过焊丝直径的三倍,焊丝热端
10、必须保持在氩气保护范围内,以免氧化和由此而造成的焊缝金属的污染。另外,焊接时必须采取小电流、低电压。（5）焊接工艺参数表3 焊接工艺参数焊接方法极性电流A电压V线能量KJ/cm氩气流量L/min背面充氩流量L/minTIG直正8085131518.622.768343.2 焊后检验 采取以上焊接技术措施进行焊接评定的焊接接头内外表面成形良好，经RTPT检测，达到JB473094压力容器无损检测标准I级要求,满足结合性能.接头的力学试验、熔敷金属的成分分析及抗晶间腐蚀试验都满足使用性能的要求。4 结语 采用评定合格的焊接工艺对福建炼油化工有限公司碱渣装置WAO系统NS312合金钢管道实施焊接，焊接接头经RTPT100检测，一次焊接合格率为98.5，保证了焊接质量同时也保证了工期要求。焊接接头在腐蚀介质中运行至今，没发现异常现象，证明了制定的焊接工艺是切实可行的。 参考文献: 1. JB4730-94压力容器无损检测 2. JB4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定3. 焊接手册材料的焊接（中国机械工程学会焊接学会编）1
