制造再生器用Inconel600鎳基合金的焊接
Inconel600（NS312）合金，美國(guó)UNS編號(hào)為N06600，是典型的Ni-Cr-Fe系鋼種，屬于鐵基耐熱合金，有良好的抗高溫氧化和耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能，對(duì)各種廢氣、堿性溶液和大多數(shù)有機(jī)酸以及化合物有很高的耐蝕性。在高濃度氯化物中和含OH-的苛性溶液中以及在含有微量氯化物和氧的熱水和高溫水中，具有優(yōu)良的耐應(yīng)力腐蝕性能。主要用于化學(xué)和食品加工設(shè)備及熱處理設(shè)備，如制造加熱器、換熱器、蒸發(fā)器、蒸餾塔以及脂肪酸處理用冷凝器等。制造再生器用Inconel600合金焊接時(shí)，由于液態(tài)金屬流動(dòng)性差、焊縫金屬熔深淺，易產(chǎn)生各種焊接缺陷；其焊接接頭的力學(xué)性能和耐蝕性取決于能否正確選用焊接材料、嚴(yán)格控制焊接熱輸入量以及制定合理的焊接工藝。筆者針對(duì)丙烯裝置制造再生器用Inconel600的焊接特點(diǎn)，通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)，確定合理的焊接工藝參數(shù)，以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
1再生器簡(jiǎn)介
年產(chǎn)40萬(wàn)t丙烯裝置用再生器設(shè)計(jì)溫度600℃，設(shè)計(jì)壓力為35/70Kpa，介質(zhì)為氧氣、空氣、氯氣、CO和CO2，規(guī)格φ2740-φ1830mm*10mm*20725mm，結(jié)構(gòu)如圖1所示。主體材料為Inconel600（NS312）合金，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1、2。
2Inconel600合金相關(guān)性能
2.1物理特性
Inconel600合金具有低熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)大、高電阻率和高強(qiáng)度的表面保護(hù)膜，這些物理特性（表3）決定了焊件將產(chǎn)生較大的焊接扭曲變形、近縫區(qū)過(guò)熱以及存在熱裂紋等危害性缺陷的可能。
2.2焊接特性
Inconel600合金焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱，但當(dāng)母材溫度低于15℃時(shí)，應(yīng)對(duì)接頭兩側(cè)250-300mm寬的區(qū)域加熱到15-20℃，以免濕氣冷凝導(dǎo)致焊縫氣孔。為了防止焊縫和熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大和碳化物的析出，應(yīng)保持低的層間溫度，一般不超過(guò)1000℃。避免焊接區(qū)在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，注意快速冷卻就可以防止腐蝕傾向，焊接快速冷卻時(shí)，焊縫中的氣體若來(lái)不及逸出，就易形成氣孔。因此焊前徹底清理坡口、附近的氧化層、各種涂料及油污等，可以防止氣孔的產(chǎn)生。
Inconel600合金液態(tài)金屬流動(dòng)性差，接頭的坡口角度需較大些。焊縫金屬熔深淺，易形成未焊透，接頭的鈍邊厚度要小一些。焊接時(shí)熱輸入量不能過(guò)小，更不能通過(guò)增大焊接電流來(lái)提高它的工藝特性，焊接電流超過(guò)推薦范圍不僅使熔池過(guò)熱增大熱裂紋敏感性，而且使焊縫金屬中的脫氧劑蒸發(fā)，出現(xiàn)氣孔。在焊接時(shí)應(yīng)采用中等電流，較快焊速，通過(guò)減少高溫停留時(shí)間來(lái)控制焊接熱輸入量。Inconel600合金線膨脹系數(shù)大，具有較高的熱裂紋敏感性，焊接時(shí)易產(chǎn)生熱裂紋，如凝固裂紋、多邊化裂紋和高溫失塑裂紋，保證首層焊道外表面呈外凸的形狀及填滿弧坑可以有效防止熱裂紋的產(chǎn)生。
3焊接過(guò)程控制
3.1焊接材料的選取及焊接工藝規(guī)范參數(shù)的制定
結(jié)合Inconel600合金的焊接特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次有針對(duì)性的焊接性能試驗(yàn)后，最終選取了性能優(yōu)良的ENiCrFe-3（焊條電弧焊條）和ENiCr-3（手工鎢極氬弧焊絲）兩種焊接材料，并優(yōu)化制定了焊接工藝規(guī)范參數(shù)（表4）。
3.2焊接工藝評(píng)定
選用表4中的焊接材料和相關(guān)焊接工藝規(guī)范參數(shù)， 依據(jù)NB/T47014-2011并結(jié)合再生器設(shè)計(jì)技術(shù)條件， 在厚度為12mm的Inconel600合金試件上分別進(jìn)行了焊條電弧焊、 手工鎢極氬弧焊的工藝評(píng)定， 并進(jìn)行了化學(xué)成分和彎曲度的測(cè)試， 試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表5、?6， 兩種焊接工藝評(píng)定各區(qū)金相照片分別如圖2、?3所示。
4結(jié)束語(yǔ)
試驗(yàn)分析表明，焊縫金屬化學(xué)成分、焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)和金相組織均滿足要求，證明所選用焊接材料、制定的焊接工藝正確合理。有了以材料焊接性能試驗(yàn)為基礎(chǔ)的、經(jīng)焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證的合適焊接工藝規(guī)范參數(shù)，最終產(chǎn)品的焊接質(zhì)量要靠焊工實(shí)際操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品施焊前，在對(duì)焊工進(jìn)行必要的理論培訓(xùn)同時(shí)，重點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際操作的培訓(xùn)考核，并且制定了嚴(yán)格的包含多項(xiàng)質(zhì)量檢查點(diǎn)的Inconel600合金焊接作業(yè)指導(dǎo)書，指導(dǎo)控制了再生器的焊接全過(guò)程。事實(shí)表明，焊縫成形美觀，無(wú)損檢測(cè)合格率高完全滿足設(shè)計(jì)和工藝控制要求
