蒙乃尔合金UNS N04400焊接质量控制

2015-02-23于吉俊张兴忠桑梓心魏乐

金属加工(热加工) 2015年6期

于吉俊张兴忠桑梓心魏乐

于吉俊张兴忠桑梓心魏乐

【摘要】通过对蒙乃尔合金UNS N04400管道焊接技术、焊接管理要素进行优化控制，确保最终获得良好的焊缝质量，确定了该类管道的焊接方法、工艺参数以及焊接过程中的质量控制措施，应用于40万t/a轻石脑油异构化装置工艺管道的安装，积累了UNS N04400管道焊接经验，给类似管道的施工提供了借鉴和参考。

蒙乃尔合金UNS N04400是一种在石油化工、化学、制药等工业领域用途较广、综合性能较好的耐腐蚀镍基合金，此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性。此外，对热浓碱液也有优良的耐蚀性，其重要特征是一般不易产生应力腐蚀裂纹，具有很高的强韧性及良好的冷、热加工和切削性能。40万t/a轻石脑油异构化装置中，UNS N04400压力管道的焊接是本装置焊接难点和重点。由于UNS N04400是从美国进口，焊材从日本进口，余量不多，所以需要严格的质量控制，以避免返工造成材料不足，拖延施工周期，造成不必要的经济损失。

1. 焊接质量控制措施

（1）焊工选择焊工需按照《特种设备焊接操作人员考核细则》的有关规定，取得相关焊接项目资质。优先选用近年焊接合格率一直保持优良、参加过多种材质焊接，经验丰富而且不锈钢焊接技能熟练的焊工。安排焊工练习，熟悉蒙乃尔合金焊接材料，掌握焊接技能，经考试合格后，焊工才可持证上岗。

（2）焊接设备选用检查合格的ZX7—400STG高频氩弧焊机，此类焊机可以高频起弧、衰减收弧，避免了传统焊机在焊接UNS N04400材质时容易出现的焊接缺陷。

（3）焊接材料选择和控制依据合格的焊接工艺评定报告，焊丝选用ERNi Cu—7、φ2.5mm，焊条ENiCu—7、φ2.5mm。焊条烘烤合格后方能使用，ENiCu—7焊条烘干温度为250℃，恒温1～2h，120～150℃保温待用。现场施工时，焊工必须配有合格的焊条筒，焊条筒需具备良好的保温效果，焊接时取出焊条后应及时盖好焊条筒。焊工严格按照焊接技术交底的要求使用焊接材料，技术质量人员现场检查焊材的使用，避免误用焊材。

（4）焊接环境管理当焊接环境条件达到下列情况时，应采取措施方可施焊：相对湿度＞90%；风速＞2m/s（氩弧焊），风速＞8m/s（焊条电弧焊）。

（5）焊缝组对焊缝组对应注意以下几点：第一，焊缝坡口的准备、焊接程序应执行焊接工艺指导书的有关规定。UNS N04400坡口加工采用机械加工，使用不锈钢专用砂轮片进行打磨，坡口形式如图1所示。

第二，施焊前需用角向磨光机（≤φ100mm的管件，内表面用轴向磨光机），将坡口内外两侧表面20mm范围内的油漆、锈、污垢及毛刺等对焊接有害杂物清除干净，且不得有裂纹、夹层等缺陷；如用等离子切割管道，必须除去坡口表面的氧化皮、熔渣，并将凹凸不平处打磨平整。打磨好后用丙酮清洗坡口及两侧30mm区域。

第三，焊口组对要求包括：①为避免附加应力的产生，施焊前严禁强行组对。②管道组成件对接环焊缝组对时，应使内壁平齐，其错边量不应超过壁厚的10%，且应符合下列规定：质量检查等级为1级的管道≤1mm，其他级别的管道≤2mm。本次施工管道质量检查等级为1级管道，因此错边量控制要求非常严格（≤0.55mm），对组对要求非常高。

第四，焊缝应尽可能在活动口位置焊接完成，减少固定口数量，以降低焊接难度。最后固定口位置宜设置在管道的垂直固定口位置，需要重点考虑的是氩弧焊打底时充氩保护的难易程度。

图1

（6）焊接质量控制要点第一，焊接时，不论采用手工钨极氩弧焊还是焊条电弧焊，引弧时应在坡口内进行，严禁在坡口外引弧。

第二，采用“过桥”定位焊；焊接接近定位焊部位时，打磨清除定位焊部位。

图2

第三，氩弧焊打底时，需要在管道内部进行有效的充氩保护，避免焊缝根部高温氧化现象。充氩保护类似于不锈钢氩弧焊打底进行的充氩保护，管道内部的焊缝两侧使用海绵封闭，氩气出口设置在海绵中心，焊缝的外面使用封口胶布进行密封（见图2），形成充氩室。布置充氩室应综合考虑，充氩室空间应尽可能小，以获得良好的充氩保护效果，氩气流量为8～12L/min，充氩后开始焊接的时间根据充氩室空间大小确定。充氩保护效果的好坏可依据以下经验进行判断：内侧焊缝出现五彩颜色，则充氩保护效果良好；内侧焊缝出

现光滑的浅黑色，则充氩保护效果正常；内侧焊缝出现烧枯现象，则充氩保护效果不好，需要打磨清除已经焊接的部位。充氩保护效果对蒙乃尔合金焊缝根部质量有重要影响，而焊缝根部质量对焊缝质量有决定性影响。

第四，氩弧焊打底接近完成时，应使用手电筒检查内部的焊缝根部质量，确认外观质量良好，充氩保护效果正常后再焊接封闭剩余焊缝，“观察窗”焊缝段宜设置在容易获得良好外观质量位置。

第五，氩弧焊打底后，进行焊缝填充焊接时，应根据打底层的厚度灵活选择是否进行充氩保护焊缝根部，避免焊缝根部在填充焊接时产生高温氧化现象。

第六，收弧时应使弧坑饱满，每个收弧处均应该进行打磨，以清除收弧热裂纹等缺陷，确认无缺陷后再继续焊接。

第七，焊接参数选择如附表所示。手工钨极氩弧焊进行打底层的焊接时，从两定位焊缝中间起焊，采用小摆动操作，确保两侧熔合良好，背面成形高度保证在1～2mm之间。同时应避免钨极与焊丝、坡口表面相碰，以防焊缝夹钨，影响焊缝内部质量。焊条电弧焊时，宜采用短弧连续焊，不宜使用灭弧焊，以避免因未掌握灭弧焊技术而使熔池部位产生缺陷。填充及盖面焊道采用小摆动操作，层间清理要彻底，各层道之间接头应相互错开。焊接应尽可能采用小电流、快速焊，严格控制好热输入。

第八，层间温度应控制在100℃以下，采用红外线测温仪检测温度，可以采用两条焊缝同时焊接的方法，一条焊缝打底层焊完后焊接另一条焊缝的打底层，这样既可控制层间温度，又能保证焊接效率。

（7）焊后自检焊后清理焊缝表面焊渣及飞溅，焊缝外形尺寸应符合设计文件的要求，焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝和热影响区表面不应有裂纹、气孔、弧坑和夹渣等缺陷，对有母材损伤、焊缝表面缺陷的，要修补和处理，并用不锈钢钢丝刷将焊缝表面刷干净。

（8）焊后标识焊后用对管道无害的记号笔标识焊工号、焊缝号、焊接日期和管线号等有效数据。

2. 其他质量控制措施

（1）管道隔离采用对管道无害的木板等软材料进行隔离，管道安装后应注意防止其他管道切割、焊接时的飞溅物对其造成污染，所有接触管道的工具应使用不锈钢材质。

（2）管内清洁度控制管段封堵前进行检查，确认达到清洁度后，全部管口进行封闭。管道现场安装前，逐件检查和清除管道内部的砂土及其他杂物，管道施工中每个焊缝组对前都要进行清洁度检查，确保安装管道的清洁度符合要求。

UNS N04400的焊接，只要从人、机、料、法、环五个环节从严进行质量控制，控制好每个细节，就能焊接出质量优良的焊接接头。UNS N04400焊接接头如图3所示。

3. 结语

该焊接质量控制措施应用于我单位承接的40万t/a轻石脑油异构化装置中工艺管道的安装，材质为DN80SCH4067Ni—30Cu ASTM B165 N0440，管道长约20m，规格φ88.9mm×5.5mm，焊缝总数12道，共进行RT检测36张，合格36张，焊接一次合格率100%，焊缝质量符合设计要求。装置于2013年12月交付使用，目前装置运行状况良好，产品质量合格，用户满意。