镍基压力容器的焊接实例

摘 要：介绍了将钨极氩弧焊（TIG）用于镍基（Inconel600）压力容器中的焊接制造，采用适当的焊接规范参数，焊接工艺评定试验结果，满足了产品制造技术条件的要求.在产品焊接过程中，通过焊接操作和焊接工艺的控制，使焊缝通过射线检测和超声波检测以及水压试验。

关键词：TIG，Inconel600；压力容器；工艺评定

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.023

1 前言

按压力容器的工作压力p，压力容器可分为低压、中压、高压和超高压容器四类。这四类容器的压力范围规定如下：

低压容器（L），0.1Qp

高压容器（H），10Qp

从压力容器的用途和化工工艺过程的性质，可将压力容器分为反应容器、换热容器、分离容器和贮运容器。

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。常用的是镍基高温合金，本文Inconel600合金是镍-铬-铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。压力容器为低压换热容器。

钨极氩弧焊本身钨极不熔化，所以在焊接过程中没有损耗，保护气体作为焊剂使用，，填充金属可被用来给焊缝提供金属，几乎所有的金属都能由钨极氩弧焊来焊接，包括大多数的钢、铝合金、镁合金、铜、某些黄铜和青铜、钛、金和银，同时焊接成型质量好。

经过反复的焊接工艺试验验证后，将TIG用于Inconel600焊缝接头的焊接方法，焊后经RT和UT检验，焊缝质量达到要求。

2 设备结构及主体材料

设计参数见表1。其工作介质为 Cl2、，TiCl4，Al ，AlCl3。壳体主体材质为Inconel600（其化学成分和力学性能）

Inconel600（退火）板材化学成分。含碳量为0.05%，含硅量为0.17%，含锰量为0.35%，硫磷含量低，含镍量为75.8%，含铬量为15.16，含铜量为0.1，含铁量为8.19%，这些含量都高于标准。

Inconel600的力学性能，力学性能，屈服强度实际值为279MPa，抗拉强度为667MPa，延伸率为45%，都大于标准值。

3 焊接材料的选用

Inconel600的焊接材料的选择首先要保证其熔敷金属的化学成分与母材相当，S、P等杂质元素的含量要控制的很低，使焊缝金属具有相应的性能指标.其次母材厚度为16mm，为了保证焊缝每层的质量，飞溅少，层间易清理等因素，采用采用单面U型坡口，焊接方法为TIG，焊丝为直径2.5mm.Inconel82 .

Inconel82焊丝的化学成分。含碳量为0.03%，含铬量为，20.05，含钛量为0.4%，含硅量为0.15%，含锰量为2.92%，含铁量为1.23%，含铜量为0.035%，硫磷的含量不高于0.005%，均比标准要高。

Inconel82焊丝的力学性能：抗拉强度为600MPa，屈服强度为240MPa，延伸率是36%。

4 焊接工艺评定

选择不同的规范参数匹配，并在试板上进行一系列的焊接工艺试验，通过观察飞溅大小，电弧稳定性，焊接表面的成型，母材的熔合情况，确定焊接电流为160-210（A）电弧电压为16-18（V）电流太小，不仅生产效率低，还容易产生未熔合，气孔等缺陷，电流过大，会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池而造成污染，而且还容易引起烧穿或焊缝下陷，咬边等缺陷.选择合理的焊接规范参数见表6，参照JB4708-2000和GB50236的标准，试板规格500X150X16对接，保护气体为Ar，气体纯度 99.99%焊枪中Ar气流量为14-18L/Min， 尾部Ar气流量为10-12L/Min， 焊缝背面Ar气流量为12-14L/Min，对焊接工艺评定试板进行100%RT无损检测，符合JB/T4730.2―2005的规定，II级合格。然后进行理化解剖和力学性能试验，力学性能全部满足产品制造的技术条件的要求。

5 产品焊接

（1）焊接坡口的准备。对接焊缝的坡口型式U，采用机加工，焊前对坡口区域进行仔细清理，用丙酮或乙醇清洗并去除坡口附近50mm区域的氧化色等杂质。

（2）焊接要点。在焊接之前，经焊工需进行相关资格的考试，焊工用焊接评定给出的规范参数范围，在非产品试件上进行试焊，调节焊接电流，电压。

（3）在焊接过程中，层间温度严格控制在小于或等于90℃，随时用测温笔进行测量。施焊过程中背部和尾部需用氩气进行保护，（尤其第一层、第二层）并且每焊完一层需用PT检测，必须仔细检查，如有缺陷，按照有关程序进行处理，合格后再继续施焊。熄弧时一定要填满弧坑，以防止弧坑裂纹。

6 焊后检验

焊缝表面无裂纹，气孔，咬边等缺陷。焊缝按照JB/T4730.2-2005进行100%RT检测，II级合格。

7 小结

Inconel600是镍基材料中焊接性比较好的一种材料，只要严格控制焊接工艺参数和层间温度以及层间的清洗，选用匹配好焊接材料，焊缝完全达到产品制造技术的要求。将TIG用于镍基材料的焊接技术的成功，在焊接工艺，焊工培训，现场操作和焊接质量管理方面积累了经验，为以后向有色金属压力容器的制造奠定了基础。

参考文献：

[1]ASME 锅炉及压力容器规范[S].中国石化出版社.

[2]压力容器安全技术监察规程[S].北京：劳动部.

[3]JB4708--2000钢制压力容器焊接工艺评定[J].北京：国家机械工业局，国家石油和化工工业局，2000.

作者简介：杜永信（1984-），男，山东滕州人，本科，初级职称，教师，研究方向：压力容器的设计及使用的条件。