UNS N06625镍铬合金焊接工艺研究

费 东

（海油发展安全环保分公司 工程监理公司，天津300450）

UNS N06625镍铬合金焊接工艺研究

费 东

（海油发展安全环保分公司 工程监理公司，天津300450）

分析了Gorgon液化天然气项目应用的UNS N06625镍铬合金管道的焊接性，并对该管道进行了焊接工艺评定试验，提出了控制焊接质量的措施。研究分析表明，UNS N06625镍铬合金焊接应采用较小的热输入，焊接工艺选用手工钨极氩弧焊和INCONEL Filler Metal 625焊丝，可以避免在焊接过程中出现热裂纹，使焊缝获得与母材良好匹配的性能。通过焊后无损检测和理化性能检测，UNS N06625镍铬合金焊缝性能符合标准要求。

N06625；镍铬合金；焊接工艺评定；钨极氩弧焊

近年来，随着全球范围液化天然气消耗量的持续增长，对建造LNG设施的需求也不断增加。LNG设施的建造包括开采、运输、加工、储存及输送等设备[1]，它们的服役温度、工作环境和力学状态不尽相同，因此，需要各种不同的合金材料，如铝合金、C-Mn低合金钢、9%Ni钢和镍基材料等。本研究结合澳大利亚西北部Barrow岛的Gorgon液化天然气处理厂项目，对UNS N06625镍铬合金的焊接工艺进行了研究。

1 UNS N06625的焊接性分析

UNS N06625 镍铬合金（INCONEL 625，简称625合金）由于其高强度和优异的可加工（包括焊接）性以及出色的抗蚀性能，在海洋石油及化工行业得到广泛应用。其使用温度范围最高可达到982℃，化学成分及力学性能见表1和表2。

由于625合金具有较高的合金含量，所以容易造成焊接部位的元素偏析，从而导致选择性腐蚀。 焊缝中 w（Ni）较高，Ni容易与 S、P、Si等元素形成低熔点共晶，在熔池冷却过程中，若共晶在粗大的柱状晶边界积累，会形成局部液膜，在焊接应力的作用下，从而产生热裂纹[2-4]。此外，焊接Ni-Cr等合金时，若焊件清理不彻底、熔池保护不佳、焊接线能量过大、表面成形凹陷，还会造成焊接接头脆化[5-6]，严重时引发裂纹、气孔等缺陷[7]。

表1 UNS N06625镍铬合金限定化学成分 %

表2 UNS N06625镍铬合金的力学性能

2 焊接方法及材料

为了避免UNS N06625镍铬合金出现热裂纹，焊接时宜选用热输入较小的焊接工艺，以此控制层间温度。因此，焊接工艺选用手工钨极氩弧焊（GTAW）。

为满足复杂腐蚀环境服役条件，获得与母材良好匹配的冶金及力学性能，预防脆性开裂，选用SMC 的 INCONEL Filler Metal 625（ERNiCrMo-3）焊丝，直径分别为2.0mm和2.4mm，化学成分及力学性能见表3和表4。

表3 INCONEL Filler Metal 625焊丝化学成分 %

表4 INCONEL Filler Metal 625焊丝力学性能

3 焊接工艺评定试验

3.1 焊接工艺评定

焊接工艺评定按照ASME IX规范的要求进行，同时必须满足ASME B31.3标准的相关要求。

3.1.1 焊接试样的制备

试样直径60.3mm，厚度3.91mm，长度200mm，焊接坡口如图1所示。采用机加工制备坡口，不允许进行火焰切割。由于镍合金填充金属较碳钢焊缝金属在焊接熔融态流动性差，且粘滞缓慢，因此焊接接头的坡口须保证适当的坡口角度及间隙，从而确保焊枪钨极或焊丝能够有足够的活动空间。

图1 试样焊接坡口示意图

3.1.2 试样焊接位置及背面保护

试样焊接位置如图2所示。焊前试管两端贴好胶带，背部进行充氩保护，使用测氧仪测定背部排出的空气情况，待氧含量低于0.05%方可进行焊接。

图2 试样焊接位置示意图

3.1.3 预热

对于镍铬合金的焊接预热要求不严，在确保试件表面无水汽的情况下可以不进行预热。

3.1.4 焊接工艺参数

焊接过程采用较小的热输入（1.5 kJ/mm以下），层间温度不大于100℃，从而防止焊缝及热影响区晶粒长大，造成焊接接头韧性下降。焊接工艺参数见表5。

3.1.5 焊后质量检测

（1）无损检测。对焊后试样进行100%外观检测、渗透探伤和射线探伤。检验结果均满足ASME IX标准要求。

（2）理化性能检验。根据项目及ASME标准的要求，理化试验主要包括宏观检测、拉伸试验、弯曲试验及维氏硬度试验。试样焊接接头的焊缝金属和热影响区的横断面完全熔合、无裂纹，且焊缝成型良好，符合标准要求。试样拉伸和弯曲试验结果见表6。根据ASME IX—2007标准QW-153.1的要求，如果焊接拉伸试验试样断在焊缝上，且其抗拉强度大于母材规定最小抗拉强度，则认为试验满足要求[8]。由表6可以看出，试样抗拉强度为900 MPa，大于母材规定的最小抗拉强度（827 MPa），拉伸性能符合标准要求。根据QW-163进行弯曲试验，试验结果合格。试样的维氏硬度检测结果见表7。由表7可见，硬度值均不大于330 HV10，试验结果合格。

表5 焊接工艺参数

表6 试样拉伸及弯曲试验结果

表7 试样硬度检测结果 HV10

3.2 焊接过程控制

（1）焊前准备。由于镍氧化物的熔点比镍本身的熔点高，当镍熔化的时候，氧化镍还远远没有达到熔点，焊前若没有彻底清洁焊丝表面被氧化的镍，则这些掺杂在熔池中的氧化镍就会形成夹渣[9]。另外，油污及氧化物中含有S、P、Pb等有害元素[10]，易使镍铬合金焊缝产生裂纹。因此，焊接坡口和焊丝必须用无水酒精或丙酮溶液擦拭，去除油污及氧化物；焊工需着装整洁，防止污染焊件。

（2）避免出现成型内凹。单面焊工艺应保证第一层焊道的成形，表面呈凸形。如果焊缝表面内凹，会导致沿焊缝中心线开裂的现象，特别是焊接小的坡口角度和窄的根部间隙应格外注意。

（3）保护气流量。保护气体选用氩气，焊接气体保护流量控制在18～22 L/min，背面气体保护流量控制在15～25 L/min。如果气体流量过低，则不能有效保护焊缝；气体流量过高，会造成紊流吸入外界气体，从而破坏气体保护效果。此外，背面气体保护不佳会使焊缝根部出现气孔、氧化等缺陷。

（4）注意钨极的使用。钨极端部形状对于熔深和焊缝的宽度有着重要的影响。当电流达到100 A时，应采用锥形端部电极焊接，焊接电弧稳定且熔深控制效果好。焊接过程中钨极接触到焊缝及母材，容易造成污染，应及时清理并打磨修整钨极形状。

（5）避免操作不当产生缺陷。焊接时应使熔池尽可能保持平静状态，减少凝固裂纹和热裂纹。

4 结 论

针对Gorgon项目中UNS N06625管道的焊接工艺，结合工程应用的实际要求，对UNS N06625管道焊接工艺评定及保证焊接质量的过程控制进行了阐述，得出如下结论：

（1）采用GTAW焊接工艺的UNS N06625管道，焊接应选用INCONEL Filler Metal 625焊材，以获得符合要求的焊缝。

（2）焊接前应注意对坡口和焊丝的化学清理，防止油污等杂质破坏焊缝质量。

（3）注意对焊接过程的把控，防止出现焊缝表面成型过凹；对于坡口质量应严格要求，避免因间隙过小、坡口角度偏小而影响焊接质量。

（4）通过焊后无损检测和理化性能检测，焊缝性能符合标准要求。因此，Gorgon项目中UNS N06625管道焊接采用GTAW焊接工艺具有很高的可行性。

[1]GRAHAM，HOLLOWAY，ADAM，等.液化天然气（LNG）用超低温不锈钢的焊接及焊接材料[J].金属加工：热加工，2005（8）：35-40.

[2]王泽明.Inconel625合金TIG焊接接头组织及力学性能[J].焊接技术，2014（6）：20-22.

[3]秦华.Inconel625合金TIG堆焊层组织和性能的研究[J].热加工工艺，2010，39（17）：171-172.

[4]张岚.Inconel625换热管板焊接工艺及焊缝组织性能研究[D].抚顺：辽宁石油化工大学，2014.

[5]GUO Q M，LI D F，GUO S L.Microstructural models of dynamic recrystallization in hot-deformed Inconel 625 superalloy[J].Materials and Manufacturing Processes，2012（27）：990-995.

[6]马瑞.镍基合金焊缝凝固组织演变过程模拟和仿真[J].焊接学报，2010，31（7）：43-46.

[7]王宝森.热输入对Inconel625合金热影响区组织的影响[J].焊接技术，2014（11）：12-14.

[8]ASME IX—2007，Welding and Brazing Qualifications[S].

[9]万军.镍及镍基合金的焊接[J].锅炉制造，2004（3）：32-34.

[10]吕志军.Inconel625合金+低温碳钢的焊接工艺研究[C]∥中国科协年会海洋工程装备发展论坛暨海洋工程学术年会.天津：中国造船工程学会近海工程学术委员会，2011.

UNS N06625 Nickel-chromium Alloy Welding Technology Research

FEI Dong
（Project Supervision Company，CNOOC Ener Tech-safety&Environmental Protection Co.，Tianjin 300450，China）

In this article，it analyzed the weldability of UNS N06625 nickel-chromium alloy pipeline used in Gorgon LNG project，carried out welding procedure qualification test，and put forward welding quality control measures.The results indicated that it should adopt smaller welding heat input in UNS N06625 nickel-chromium alloy welding，select manual argontungsten-arc welding and INCONEL Filler Metal 625 welding wire，so as to avoid hot cracking during welding，and make the weld obtain good performance matching with base metal.Through nondestructive testing after welding and the physical and chemical properties tests，UNS N06625 nickel-chromium alloy weld performance accorded with standard requirements.

N06625；nickel-chromium alloy；welding procedure qualification；argon tungsten-arc welding

TG457.6 文献标志码：A DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.008

费 东（1984—），辽宁锦州人，毕业于西南石油大学，工学学士，焊接工程师，从事有关海洋工程的焊接工艺开发设计及石油石化工程质量控制研究工作。

2016-01-13

修改稿收稿日期：2016-2-16

李 超

中石油管道局“互联网+油气储运工程”取得初步成果

日前，中石油管道局“互联网+油气储运工程”取得初步成果：完成首个数字化恢复项目——连木沁压气站数字化恢复工程，实现了实体工程数字资产化，为下一步工程完整性管理、全生命周期管理、大数据管理提供了科学依据。

目前，我国已建长输油气管道里程超过12万千米，基本形成了横贯东西、纵贯南北的油气管道输送网络。这些管道目前基本靠人工巡护线、阀室看护等传统方式进行运行维护。

随着长输管道向人口稠密、经济发达地区延伸，管道安全和环保越来越受到社会关注。升级传统的管道建设管理理念、手段、方法和技术，以适应日益变化的环境和对管道建设安全管理的要求，是管道建设行业努力的方向。

在互联网技术高速发展的背景下，管道局积极谋划互联网技术与油气储运工程的深度融合。据了解，通过互联网技术，管道局已建成企业级数据仓库，以及涵盖数字化、智能化内容的设计、采购、施工集成平台。数据仓库已成为信息化应用的基础，为工程项目管理、设计、电子商务、造价等系统提供数据集成通道。

现在，管道局承接了EPC管道项目，设计人员完成工程设计后，在数字化设计平台上提交物资请购文件。物资采购人员在电子商务平台上接收到物资请购信息，进行物资采办。现场施工人员则通过工程项目管理平台接收设计和采办信息，组织现场施工，这些都是通过数据仓库串联完成的。

据管道局有关技术专家介绍，未来的管道是智慧的管道。它能够实现可观测，能够监测管道所有设备的状态；可控制，能够控制管道所有设备的状态；可自适应，即完全自动化；系统综合优化平衡，即上游、管输和用户之间的优化平衡。

届时，管道运行维护中的人工巡护线、阀室看护等传统业务基本可以退出历史舞台，管道安全监测、定期体检、安全性改造等环节的投入会大大减少，而且管道系统更加高效、安全、可靠。

（谢淑霞 摘自中国管道商务网）