蒙乃尔焊接技术攻关

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摘要：本文通过对蒙乃尔400焊接性进行分析研究，并进行焊接工艺评定试验，确定合适的蒙乃尔400焊接工艺参数，并在实践中加以应用。

关键词：蒙乃尔400；焊接工艺评定试验；工艺参数

蒙乃尔合金又称镍合金，是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金。蒙乃尔合金具有优良耐腐蚀性能和中温强度，尤其在中高温的强酸、强碱介质中有很好的耐腐蚀性能。化工二厂草甘膦生产中使用了蒙乃尔400材料。但在通常的焊接工艺条件下，其焊缝中易出现气孔、未焊透及焊接裂纹等缺陷。由于该材料的焊接原先一直由厂家进行，一方面在遇到紧急情况下不能满足生产需要，另一方面厂家生产费用较高，为了使该材料的焊接技术为我掌握，因此攻克该新材料的焊接技术迫在眉睫，同时也将不断提升工程分公司为公司生产服务的能力。

一、蒙乃尔400焊接性能分析

蒙乃尔400化学成分如表1，室温下机械性能如表2。

表1蒙乃尔400化学成分

表2蒙乃尔400室温机械性能

1、在焊接中，由于蒙乃尔在一个温度区间形成一个互熔合金而凝固，这样就使得合金的流动性相对较差，并且由于熔点高、导热性差，造成过热区高温停留时间过长，使其过热区出现粗大晶粒，就很可能使枝晶缩松在晶界处形成，使焊接接头的塑性严重下降。

2、蒙乃尔容易吸收气体（主要吸收H2、CO等气体），在焊接过程中，如果吸收的气体不能及时扩散出去，就会形成分散气孔，造成类似“马蜂窝”式缺陷，甚至有贯穿整个焊缝的可能。

3、蒙乃尔合金的焊接，当含碳量和含硅量增加时，焊接性能很差。当含硅量达到1.5%以上时，就不大焊接了。而硫、磷及低熔点金属以液态薄膜的形式存在于界面，形成很大的收缩力，导致热裂纹的倾向严重。并且蒙乃尔导热系数小，线膨胀系数小，在焊接局部加热和冷却的条件下，接头在冷却过程中可形成较大的拉应力，易于产生焊缝凝固裂纹【1】。

4、蒙乃尔材料焊接时，由于焊缝中合金元素含量高，熔池流动性差，易造成焊缝表面成形不良，主要表现在根部焊道背面恶化及盖面焊道表面粗糙。焊缝表面成形不良对焊缝性能的影响在常温或高温的工况下表现不明显，但在低温工况下，其表面成形不良造成的应力集中对焊缝低温性能的影响不亚于焊缝内部质量的影响。

二、焊接工艺参数的选择

1、焊接方法及设备的选择

根据以上焊接性分析，蒙乃尔的焊接应采用惰性气体保护焊，并采用小电流，冷焊的方式，以提高热输入，减少高温停留时间，防止粗大晶粒的形成【2】。根据目前现场施工的情况以及工厂现有设备状况，选择了钨极氩弧焊方法，采用直流正接，焊机选用山东山大奥太焊机。

2、焊接接头形式及坡口形式的选择

由于我们焊接的主要为蒙乃尔盘管，接头形式主要为对接和角接。根据经验，在管子厚度小于2.5mm时，可以不用开坡口，但考虑到蒙乃尔材料流动性差，线膨胀系数小，所以我们在施工中开单面70°坡口，目的是改变树状晶的结晶方向，分散低熔点共晶的分布【3】减少热应力，放置热裂纹的产生。

3、焊接材料的选择

通过蒙乃尔400化学成分查找与其化学成分相匹配的焊接材料，ERNiCu-7焊丝与蒙乃尔400母材化学成分一致,为最佳匹配焊材（详见母材与焊接材料化学成分对比表3）。最终选择美国合金科技公司TECHALLOY（泰克罗伊） 生产的Monel焊丝。

表3蒙乃尔400母材与焊接材料化学成分对比表

名称 C Mn Si Cu Ni Al Fe S P

母材 0.11 0.99 0.16 32,26 65.02 0.04 1.42 ≤0.001 ≤0.005

焊材 0.072 3.53 0.97 29.52 65.11 0.22 0.45 0.001 0.005

4、焊接工艺参数的选择

根据蒙乃尔材料特点，应采用小电流，焊接电流为55-85A；又由于材料流动性差，采取不摆动或微摆动，这样有利于焊缝的成型。

三、焊接工艺性能试验

1、焊前清理

在高温情况下，蒙乃尔合金易受S、P、Pb和其它低熔点物质的作用而引起脆化，而在加工过程中避免这些杂物的沾污几乎是不可能的，所以焊前应对金属表面进行彻底清理，而且要保证坡口平整，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷。

2、焊接施焊及检验

按焊接工艺要求进行施焊，经外观检测、X射线检测以及力学性能试验（图1），判定焊接工艺符合要求，力学性能试验报告见表4。

图1正在进行蒙乃尔400力学性能试验

表4蒙乃尔400焊缝力学性能试验报告

拉伸试验试验报告编号： PQR065

试样编 号 试样宽度 (mm) 试样厚度

(mm) 横截面积(mm2) 断裂载荷

(KN) 拉伸强度

(Mpa) 断裂部位和特征

1-1 11.8 2.5 29.5 18 610 热影响区

1-2 11.9 2.5 29.75 18 610 热影响区

弯曲试验 试验报告编号：PQR065

试样编号 试样类型 (mm) 试样厚度

(mm) 弯心直径(mm2) 弯曲角度

( 。) 试验结果

2-1 面弯 2.5 10 180 合格

2-2 面弯 2.5 10 180 合格

6-1 背弯 2.5 10 180 合格

6-2 背弯 2.5 10 180 合格

3、焊接工艺指导书的编制

根据评定合格的蒙乃尔400焊接工艺评定试验结果，编制今后实践过程的蒙乃尔400焊接工艺指导书，指导今后蒙乃尔400的焊接。

四、蒙乃尔焊接实践

08年至今共对化工二厂monel400内盘管进行多次维修（图2），质量检验合格，产品使用至今未出现焊接质量问题，反映良好，再次证明了焊接质量的可靠性；

图2化工二厂维修的一台monel400盘管

以前生产厂家一次维修费用高达10万元，而目前维修费用可以控制在2000元内，通过这次蒙乃尔400焊接工艺的攻关，为公司设备维修降低了成本，提升了工程分公司为公司生产服务的水平和能力。

参考文献

1、Ni-Cu（蒙乃尔）合金管道结构的焊接 焊接技术徐国建吴因杰

2、烷基化装置中蒙乃尔合金管道的焊接 石油化工设备赵文林

3、蒙乃尔合金的焊接 焊管王贵生

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。