楊影洲

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

以Monel-400材料焊制容器為例談其優(yōu)化工藝

楊影洲

（黑龍江工業(yè)學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

隨著化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，有色金屬由于具有良好的物理和化學(xué)性能，而得到了廣泛的應(yīng)用.蒙乃爾合金400即Monel-400具有良好的抗酸、堿等腐蝕性能，能夠在環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下發(fā)揮良好的性能，因此被用作抗腐蝕性的設(shè)備和管道的結(jié)構(gòu)材料.但是由于Monel-400合金材料在高溫的條件下能夠和空氣中很多元素發(fā)生反應(yīng)，從而影響了焊接材料的性能，加強(qiáng)對(duì)Monel-400焊制容器的工藝研究具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和現(xiàn)實(shí)意義.

Monel-400合金；焊接；工藝

鎳銅合金具備了銅的貴金屬性和鎳的鈍化性，而且在氧化性的條件下比銅穩(wěn)定，在還原性的條件下比鎳的耐腐蝕，所以具有單一金屬所沒有的化學(xué)性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了青睞.Monel-400合金材料對(duì)于條件比較嚴(yán)格的稀鹽酸、硫酸、磷酸和堿性環(huán)境等，特別是對(duì)氫氟酸等都具有良好的耐腐蝕性，可以有效的延長(zhǎng)化工、石油、藥業(yè)等行業(yè)中腐蝕性和壓力環(huán)境性的壓力容器等設(shè)備的壽命，減少其使用和維護(hù)的成本.

1 Monel-400合金材料簡(jiǎn)介

鎳的化學(xué)性不活潑，在氧化反應(yīng)的初期就可以生成氧化膜從而防止其進(jìn)一步的發(fā)生氧化和腐蝕，在高溫的條件下也具有良好的抗腐蝕性.鎳和其它的金屬元素組成合金之后，其抗腐蝕性、抗氧化性和力學(xué)性能都得到了明顯的提高[1].同時(shí)在焊接的過程中和一般的鋼鐵材料不同，其最容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷.Monel-400合金具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，而且具有良好的焊接性能，在焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊以及鎢極氣體保護(hù)焊等焊接方法中都有良好的效果，而且不需要進(jìn)行預(yù)熱處理和焊接后熱處理.但是由于Monel-400材料的價(jià)格昂貴，為了降低其使用成本，常常和鋼材料復(fù)合之后使用，因此在碳鋼基體表面堆焊Monel-400合金材料作為耐腐蝕層是常見的基本復(fù)合方法.

隨著溫度的升高，在焊接的過程中，Monel-400合金材料在溫度比較高的情況下，其化學(xué)性質(zhì)變的活潑，而且具有很強(qiáng)的吸收空氣中其它雜質(zhì)元素和粉塵的能力，從而影響了材料的焊接質(zhì)量.Monel-400合金的抗腐蝕性主要來自于其表面所形成的氧化膜和氧化膜的完整性，如果Monel-400合金吸收了一定的雜質(zhì)之后，其抗腐蝕性和力學(xué)性都急劇的下降，從而形成裂紋等現(xiàn)象[2].Monel-400合金對(duì)工作環(huán)境的苛刻性要求，決定了其施工階段應(yīng)當(dāng)控制好周圍的環(huán)境，其中封閉性的潔凈環(huán)境是非常必要，同時(shí)還要發(fā)展出現(xiàn)粉塵污染，控制好周圍環(huán)境的干燥度.

對(duì)Monel-400合金材料來說，由于其熱膨脹系數(shù)比較低，而且熱變形和相變時(shí)的變形都比較小，再加上本身具有非常高的純度，所以在一般的焊接過程中不會(huì)產(chǎn)生缺陷等問題.但是由于其它因素的影響，降低了焊接的質(zhì)量.例如在焊縫組對(duì)的過程中如果有外界應(yīng)力的存在，則會(huì)產(chǎn)生冷裂紋的現(xiàn)象.同時(shí)由于在焊接的過程需要?dú)鍤獾谋Ｗo(hù)，氬原子具有從低溫向高溫?cái)U(kuò)散和聚集的特點(diǎn)，所以使這些部分成為了保護(hù)的薄弱地方，容易產(chǎn)生焊接延遲裂紋現(xiàn)象.當(dāng)其中的碳和硅的含量達(dá)到一定程度的時(shí)候，其焊接性能變的非常的差，而且雜質(zhì)以液態(tài)金屬薄膜的形式存在于容器的表面而形成比較大的收縮力，出現(xiàn)熱裂紋的現(xiàn)象[3].在焊縫部位由于熱應(yīng)力的作用和材料質(zhì)量的變化，出現(xiàn)材料的聚集和延伸等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致高溫波動(dòng)引發(fā)的弧波裂紋.因此在焊接有色金屬過程中要增強(qiáng)對(duì)焊縫的保護(hù)，加強(qiáng)其背面的充氬保護(hù)是十分必要的.

2 提高M(jìn)onel-400合金材料焊接工藝的研究

由于Monel-400合金的導(dǎo)熱率比較低，在焊接的過程中容易發(fā)生過熱開裂等現(xiàn)象，因此嚴(yán)格的控制其焊接工藝是提高其質(zhì)量的重要方法.僅僅的依靠減少焊接電流的方法，并不能夠取得良好的效果.這是由于液態(tài)的Monel-400材料的流動(dòng)性差，而熔深淺，所以在焊接的工程中其電流不應(yīng)太小，為了保證焊縫良好的熔合應(yīng)當(dāng)能力提高焊接的速度來控制其熱量[4].一般容器焊接工藝參數(shù)要求如下：

焊接層數(shù) 焊接電流（A）層間溫度（℃）1 70～100 10～12 50～60 ≤80 2～4 100～120 12～14 60～70 ≤80電弧電壓（V）焊接速度（mm/min）

為了提高M(jìn)onel-400合金的焊接工藝，應(yīng)當(dāng)做好以下幾個(gè)方面：

2.1 制定針對(duì)性的焊接工藝的指導(dǎo)說明書，做好現(xiàn)場(chǎng)焊接控制作業(yè).在焊接的過程中要嚴(yán)格的控制焊接線的能量，減少焊接熱的輸入.控制容器焊口的焊層厚度，便于施工人員把握好焊接區(qū)域的溫度和冷卻溫度，一般焊接層間的溫度不應(yīng)當(dāng)大于80℃.根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焊層過多的時(shí)候容易產(chǎn)生弧波裂紋，所以在控制好應(yīng)力集中區(qū)域較小和晶粒度細(xì)小的基礎(chǔ)上盡可能的減少焊接層數(shù)，這中操作工藝能夠有效的提高焊接的質(zhì)量和效率.在焊接的過程中要保證容器焊縫中的氬氣置換徹底，要保證氬氣的純度達(dá)到99.99%以上.其中氬氣的含量是影響焊縫保護(hù)效果的重要參數(shù)，控制氬氣的流量是得到優(yōu)秀的焊縫的關(guān)鍵，如果氬氣的流量比較大，容易在焊接的過程中出現(xiàn)裂縫、氣孔、夾渣等缺陷，根據(jù)操作的經(jīng)驗(yàn)一般氬氣的流量在8～12L/min比較合適[5].對(duì)焊炬噴嘴的直徑應(yīng)當(dāng)控制在20～25mm左右，使噴嘴噴出的氬氣的流量保持穩(wěn)定的狀態(tài)，從而有效的保護(hù)好焊縫、焊池、熱影響區(qū).做好氬氣的氣體隔離，可以減少產(chǎn)生焊接裂紋等其它缺陷，有效的保證了焊接的質(zhì)量.在焊接的過程中，焊絲的熔化端應(yīng)當(dāng)處于純氬的保護(hù)中，當(dāng)息弧之后要等待熔化端冷卻之后才能夠從氬氣中取出.如果焊絲頭被氧化或者污染，其污染和氧化部分必須切除.在焊接的過程中還應(yīng)當(dāng)密切的關(guān)注焊道的色澤，如果發(fā)現(xiàn)有比較明顯的焊縫缺陷，要馬上停止焊接作業(yè)，把氧化部分給予切除或者打磨掉，保證焊接的質(zhì)量.

2.2 對(duì)焊縫質(zhì)量的控制.對(duì)于焊縫表面產(chǎn)生的氧化部分和經(jīng)過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的不合格部分，要進(jìn)行返修處理.在返修之前要根據(jù)焊縫所存在的缺陷，正確的分析其中的原因，從而制定針對(duì)性的返修方案.對(duì)焊縫的返修必須按照預(yù)定的方案進(jìn)行操作，采用和正式焊接同樣或者更加嚴(yán)格的工藝水平.對(duì)于同一部位的焊縫的返修不能超過兩次，否則容易產(chǎn)生弧波裂紋和造成局部材料的惡化現(xiàn)象[6].在利用氬弧補(bǔ)焊的過程中，要重視氬氣的保護(hù)，在焊接的過程中焊接接頭和其附近的區(qū)域應(yīng)當(dāng)保護(hù)到200℃.如果焊接完成后出現(xiàn)裂紋、氣孔以及焊接的顏色不是銀白色，應(yīng)當(dāng)磨去重新焊接.當(dāng)焊縫同一部位的焊接次數(shù)超過兩次，在補(bǔ)焊之前應(yīng)當(dāng)有施工負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，有技術(shù)可靠的高級(jí)技師操作.

除此之外，Monel-400合金利用鎢極氬弧焊接時(shí)，其焊接的溫度不能夠低于5℃，其濕度要在80%以內(nèi)，施工現(xiàn)場(chǎng)要支持足夠的干燥，必要的時(shí)候要配置去濕機(jī)；加強(qiáng)焊接區(qū)域的保護(hù)，可以搭設(shè)防塵棚等措施，防止其受自然因素的影響而降低其施工的質(zhì)量[7].要嚴(yán)禁在容器的表面任意的引弧，在焊接之前可以在引弧板上進(jìn)行測(cè)試；在焊接之前要提前輸送氬氣.在焊接的過程中，應(yīng)當(dāng)盡可能的一次性焊完一道焊縫之后再進(jìn)行下一步的操作，減少焊接接頭的數(shù)量，同時(shí)也防止產(chǎn)生焊接弧波裂紋.

3 結(jié)束語

在應(yīng)用Monel-400合金材料焊接的過程中，要不斷的研究和更新其焊接工藝，提高其力學(xué)性能和使用功能.按照相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)對(duì)焊縫的檢測(cè)，當(dāng)焊縫的缺陷超過規(guī)定的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行返修操作.在焊接的過程中，要嚴(yán)格的控制好焊接工藝，通過不斷的優(yōu)化其工藝水平，提高容器的焊接質(zhì)量.

〔1〕王富.含鋁Monel合金的制備及組織的研究[D].西安理工大學(xué),2008.

〔2〕劉軼暄.Monel-400合金圓筒環(huán)焊溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué),2011.

〔3〕楊東光.Al、Si、Ti對(duì)時(shí)效Monel合金強(qiáng)化及抗氟性能的影響[D].昆明理工大學(xué),2012.

〔4〕馬魁,李哲,陳重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高溫力學(xué)性能及熱脆分析[J].中國體視學(xué)與圖像分析,2012,(04):383-388.

〔5〕馬魁,李哲,陳重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高溫力學(xué)性能及熱脆分析[A].中國體視學(xué)學(xué)會(huì)材料科學(xué)分會(huì).第八屆全國材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].中國體視學(xué)學(xué)會(huì)材料科學(xué)分會(huì),2012.6.

〔6〕呂靜,李春靜,阮鑫，等.Monel-400焊制容器的主要缺陷及優(yōu)化工藝[J].有色金屬（冶煉部分）, 2011(07):43-47.

〔7〕阮鑫,谷菲菲,齊廣輝，等.化工用Monel-400容器的焊接裂紋成因及優(yōu)化工藝 [J].焊接,2010 (06):43-47.

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