蒙乃尔（Monel）合金的焊接.doc

1、1蒙乃尔（Monel）合金的焊接摘要：Monel-400 合金是一种机械性能和加工性能好，耐蚀性强的Ni-Cu 合金，随着加工制造业的发展，其使用量也在逐步增加，本文通过焊接工艺试验，制定合理的焊接工艺参数，并针对易出现的缺陷，提出预防措施。 关键词：蒙乃尔合金 焊接工艺 焊接缺陷 预防措施 0 引言 蒙乃尔（Monel）合金是以镍为主、铜为辅的镍基合金，最早始于1906 年，由美国国际镍公司开发，其典型成分为 70%Ni 和 30%Cu（wt%） ，是镍基耐蚀合金中应用最广泛的一种合金，在我国相当于 Ni-Cu 合金（GB5235-35） 。具有易成型，易钎焊，易切削和具有良好的耐热、耐蚀等

2、综合性能，因而受到工程界的广泛欢迎1。由于合金含 Cu，故在非氧化性气氛下比纯 Ni 更耐蚀，在氧化气氛下比纯 Cu 更耐蚀。在工程应用上具有悠久的历史，尤其是在化染、化工、船舶等领域中有关泵、阀设备中2。本文将结合工艺实例浅谈蒙乃尔合金的焊接特点和工艺要点。 1 蒙乃尔合金的焊接性 蒙乃尔（Monel）合金属于镍铜系列合金，显微组织为单一奥氏体，其焊接特性与奥氏体不锈钢相似。蒙乃尔（Monel）的化学成分、物理性能、机械性能见表 1。由此可见蒙乃尔（Monel）的强度、冲击韧性较高、延伸性较好，可用于耐蚀要求较高的场合。但是易产生热裂纹，尤其是2弧坑处裂纹敏感性更大，热裂纹发生在高温状态，常

3、温下不再扩展。液态金属流动性差，且能溶解氧、氮、氢等气体，容易出现气孔。 2 蒙乃尔合金易产生焊接缺陷的机理 2.1 易产生热裂纹 冶金方面的影响因素是造成蒙乃尔（Monel）生出热裂纹的主要原因，其次是工艺因素的影响。镍铁的二元共晶物中含有大量低熔点金属共晶物。从金属共晶物的含量比较，硫、磷比镍铁多，低熔点共晶物在施焊过程中其液态膜会残留晶界区；另外，由于镍及镍合金线膨胀系数大，施焊时会产生大量应力，这是造成低熔点共晶物在焊缝结晶过程中开裂的主要原因。其次，收弧时如果没有填满弧坑和电流衰减时间短、收弧处熔敷金属量少出现弧坑，其强度比较薄弱，在相变应力的作用下产生收弧处的微裂纹4。由于蒙乃尔合

4、金导热性差，焊接时大量热量积聚不易散失，致使晶粒粗大，而且晶间夹层厚度也会增大，晶间结合力相应减小，继而会延长焊缝金属的液固相存在时间，最终为热裂纹的产生提供了有利条件。另外，焊接坡口及其两侧的油污清理不干净、焊缝表面凸凹不平等也会产生裂纹。 2.2 易产生气孔 蒙乃尔（Monel）固液相温度间距小，流动性偏低，在快速冷却条件下，游离出来的气体不能在镍合金焊缝金属凝固前逸出，从而在焊缝中形成气孔。蒙乃尔合金焊缝的气孔以 H2O 气孔为主，其次是 H2 气孔和 CO 气孔。焊接前焊条未烘干，或工件坡口及其附近的油污清理不彻底，大量 H2 进入焊接熔池，熔池凝固时 H2 未能及时排除形成H2 气孔

5、。焊接过程中，空气中的氧流入熔池，与金属中的碳结合形成的3CO 待熔池凝固时不能快速逸出形成 CO 气孔，在一般情况下蒙乃尔合金的焊材含碳量都较低，因而形成 CO 气孔机会也较少。熔池中融化成液态的镍合金中溶解大量氧，未溶解的氧将镍氧化成 NiO。NiO 和镍合金中的氢结合，镍被还原，氢与氧结合成 H2O，无法逸出形成 H2O 气孔。H2O 气孔多形成于焊道熔合线附近及起弧及接头部位。这是因为焊接过程中，焊道周边部位引弧和接头部位会快速冷却，晶粒粗大，这些区域缺乏保护性，在熔池中不能快速溢出的 H2 和 NiO 发生反应形成 H2O 气孔5。 3 焊接实例 某制造厂生产一批配件，其中 1146

6、 的 Monel-400 管对接是此次生产任务的重点和难点。Monel-400 管的化学成分，物理性能，力学性能见表 2、表 3。 3.1 焊接方法和焊接材料的选择 蒙乃尔合金 Monel-400 的焊接性与奥氏体不锈钢相似，焊接方法可以参考奥氏体不锈钢的焊接方法，考虑到焊接的直径及厚度，焊接接头背面不能封底，故选用氩弧焊打底，手弧焊盖面的方法。根据相关文献以及对蒙乃尔合金的焊接经验，选用广泛使用的 ERNiCu-7 氩弧焊丝和 ENiCu-7 焊条，这两种焊材用于蒙乃尔合金焊接，具有良好的强度和热导性，耐海水腐蚀，耐多种酸碱盐。大量应用于海洋工程，水面和水下船舶，化工电力行业的热交换器、蒸发

7、器、容器等，焊丝中含有大量的钛，可以有效的控制气焊接气孔。两种焊材的化学成分见表 4： 4 3.2 焊接工艺的选择 手弧焊极性为直流反接；氩弧焊为直流正接，钨极直径正接，钨极直径 3mm，喷嘴直径 10mm，氩气纯度 99.99%。为了防止产生热裂纹，应选用小电流、短弧、快焊速的焊接工艺，见表5。机械加工 V 型坡口，PT 检测坡口确保缺陷，机械打磨并用丙酮擦洗坡口及其边缘。焊前焊材 3501h 烘干焊丝用丙酮擦洗干净，随擦随用。填丝要保持合适的角度，以快速送进为宜。运条时焊条不做横向摆动或只做不超过两倍焊条直径范围内的横向摆动。施焊中注意控制熔深，熔合比在 50%以下焊道以窄而平为最佳。仰脸

8、焊部位应尽量减少熔池体积，以利焊缝成型。 层间温度不宜超过 100。焊完一道后，工件温度降到手可直接触摸的温度后继续对下一道施焊。允许水或风强制冷却，必要时可以将焊件放在水中或边焊边冷却。为避免弧坑开裂，断弧过程中必须对弧坑进行特殊处理，收弧阶段弧坑一定要填满，或直接将其引出。 3.3 施焊环境的要求 蒙乃尔合金焊接施工环境条件应达到以下要求：环境温度高于 0。手弧焊时风速控制在 8m/s，氩弧焊时风速小于2m/s。相对湿度控制在 90%以内。非雨雪天气。如环境温度无法满足施工要求，则要提前加设防护措施再施焊。 4 焊后检验及结论 施焊完毕 24h 后，检查焊缝外观质量未发现任何缺陷，继续进行

9、 100%着色探伤，发现质量良好。经过几个月的实践，发现效果很不错，由此可5见采用氩弧焊采用 ERNiCu-7 和手弧焊采用 ENiCu-7 焊条的组合焊接蒙乃尔合金管焊管可行，其抗裂性和抗气孔都是优良的。通过这次生产任务的实践，该厂掌握了蒙乃尔合金的焊接特性，拓展了该厂的产品宽度，增加产品结构的多样性，使该厂的产品跟上了市场的步伐。 参考文献： 1孟家燕.美国蒙乃尔合金体系J.材料开发与应用，1992. 2赵永久，王成，张伟.M35-1 蒙乃尔（Monel）合金熔焊焊接性能探讨J.现代焊接，2012. 3于世行，郝丁华.镍基耐蚀合金焊接工艺J.石油化工应用，2008，27（3）. 4李德富.浅析如何控制镍及镍基合金的焊接工艺与质量J.城市建设，2011. 5王贵生.蒙乃尔合金的焊接J.焊管，2000，23（4）.