摘要：本文主要论述了工业纯镍（N6）的焊接性能试验，对N6焊接中易出现的夹渣、裂纹、气孔、晶粒粗大几种缺陷进行了讨论，在此基础上制定焊接工艺参数并进行了焊接工艺评定，据此制作的产品也获得了满意的焊接质量。
关键词：纯镍；工艺评定；焊接参数
我司于2019年4月制造一台N6复合板换热器。管板为N6+Q345R复合板，换热管为N6 材质，规格为Φ25*2mm，壳程材质为Q345R，管程介质为甲苯、氯化甲苯、少量氯气 氯化氢、微量硫化铁。N6焊缝接头为C类接头，要求100%PT，Ⅰ级合格。
1.N6的焊接性能分析
N6含镍纯度一般不低于99%，杂质含量小于1%，组织主要为奥氏体，晶格为面心立方，与奥氏体不锈钢相似。密度为8.9g/mm³。纯镍焊缝凝固时没有相变容易形成粗大的树枝状结晶。低熔点杂质S、Si、P、Pb、Zn等元素容易在晶界处形成低熔点共晶。在焊接应力作用下产生凝固裂纹。热导率比碳钢低，电阻率大。焊接过程中易过热导致焊缝晶粒迅速长大，对焊接接头的机械性能和耐蚀性能产生不利影响。纯镍固液相温度区间小，流动性差。液态时易溶解H₂O₂CO₂等气体但在冷却凝固时溶解度迅速降低，而且镍在高温下会与氧反应形成氧化镍，冷却过程中与溶于金属中的氢反应生成水蒸汽，与溶于金属中的碳反应生成一氧化碳，结晶时这些气体来不及逸出就会形成气孔。纯镍熔点为1446℃，而氧化镍（NiO）2090℃（比镍的熔点高约45%）。由于镍的氧化物的熔点差不多比镍本身的熔点高了45%——就是说当镍熔化的时候，氧化镍还远远没有达到它的熔点。所以，在表面清洁的时候没有彻底清除被氧化的镍，则这些掺杂在熔池中的氧化镍就会形成夹渣。
2、N6 TIG焊可能出现的问题
根据上文分析，N6TIG焊时可能会出现以下几方面的问题：
2.1 由氧化镍导致的夹渣和S Pb等有害元素形成热裂纹
2.2 气孔
2.3 晶粒粗大
3.应对措施
3.1去除氧化物最彻底的方法是打磨，或者进行酸洗即用化学的方法去除表面氧化物。因为本台换热器壳程主要材料是碳钢，折流板、N6+Q345R复合管板在打孔后碳钢部份生锈是不可避免的。为此在生产中组对前要细心清理管板和折流板上的浮锈。用笔式不锈钢丝刷逐孔逐面清理锈迹，以用干净的手指套擦拭孔内侧四周不见锈迹为标准。并用干净丝布蘸丙酮擦拭孔内侧一遍后用干净塑料布盖好后备用。组对时操作工要戴干净的纱手套穿管，发现手套有污迹时要及时更换手套。组对好后焊接前要把不焊的开孔部位用干净塑料布封闭。在重新起弧前剪去焊丝的末端以免将残留在末端上的氧化物再带入熔池。防止会引起脆化的元素进入熔池，会引起脆化的元素为S、Si、Pb、P、Zn。这些元素可能会出现在：油漆和标记色中，测温计的探头上，机械加工时所残留的油脂中，空气压缩机或者其他机械产生的油烟，车间里漂浮的粉尘，铅质或铜质槌子敲打母材时所残留在表面的细微颗粒。为此在焊接前要保证焊接坡口两侧25mm宽度的金属表面上修磨去除氧化色，并用丙酮清洗去除油脂、水分和有机物等污物。总之就是要保证被焊接处表面高度清洁。
3.2加强保护：采用纯度达99.99%的纯氩做保护气，每瓶氩气在使用前，可先在N6试板上点焊检验，焊点外观银白色为合格。使用中氩气内压到2.0MPa时因含水量有所增加应停止使用。焊接时使用提前送气滞后关气（即断弧后需要继续输入保护气流，并保持一段时间）。选择合适的气体流量，根据氩气流量经验公式Q=K*D确定，式中Q为氩气流量，K为系数（K=0.8-1.2）D为喷嘴直径，D=（2.5-3.5）*d（d为钨棒直径，一般d=2.4mm）所以氩气流量一般在8-10L/min，背面保护气流量为4-6L/min为宜。为加强保护效果，焊接时采用短弧操作，弧长控制在1.0-1.5mm之间。
3.3 焊接时严格控制层间温度，具体是每个接头不使用二道连焊，采取从中间到四周用梅花桩位置施焊。待第一道焊缝已冷却到室温状态时开始焊第二道（其间不停止氩气保护）。焊时要填满弧坑，焊道外观呈凸型。
3.4 针对纯镍导热率低，容易过热，焊缝晶粒易长大的特点，应严格控制焊接工艺参数，尤其是线能量的控制。实践证明单独靠减少焊接电流的方法不是最有效的，因为镍液态熔池十分粘稠流动性差，熔深浅，实际电流不宜太小。在保证焊缝熔合情况下可采用提高焊速来控制热输入量。
3.5 选用S、Si、P等杂质含量非常低且添加有Al、Ti细化晶粒和脱氧作用的合金元素的焊丝。
4、焊接艺评定
焊接工艺评定按照JB/T4756-2006《镍及镍合金制压力容器》，JB/T4745-2002《钛制焊接容器》附录B执行。
4.1 焊接材料及试件制备
工艺评定采用手工钨极氩弧焊（TIG）焊接方法，母材为N6，焊丝为ф2.4mm的ERNi-1材料，试件尺寸为500mm*260mm*6mm。坡口形式应选择较大的坡口角度，角度为70°，钝边1mm，间隙3mm。母材（宝钛集团生产）和焊丝（哈尔滨威尔焊接有限责任公司生产）化学成份见下表：
4.2 焊接工艺参数
4.3试验结果
艺评定试件完成后，焊缝100%RT检测，未再发现气孔缺陷，机械性能（见表4）也达到标准要求，通过以上工艺参数在产品施焊后，产品质量完全达到图纸工艺要求。
结论
N6焊接时要做到以下几点就能顺利完成：1、正确的选择焊材2、保持表面清洁3、加强气体保护，4、层间温度尽量低，5、小线能量，多道焊，凸焊道。
参考文献：
[1]JB/T4756-2006镍及镍合金制压力容器
[2]JB/T4745-2002钛制焊接容器
[3]NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定
[4]NB/T47015-2011压力容器焊接规程
论文作者:巫国斌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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