MONEL—400合金管道的焊接工艺

有色 金属 （ 冶炼 部 分） ２ １ 年 ７ ０１ 期
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —５ ５ ２ １ ． ７ ０ ０ ：１ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ． ０ ７ ７ ４ ． ０ ０ ． １ １
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Ｍｏ ｅ一 ｎｌ ０ ４ ０焊 制 容 器 的 主 要 缺 陷 及 优 化 工 艺
随着 现代 工业 的快 速 发 展 ， 色 金 属 的应 用 愈 有 加 广泛 。蒙 乃尔 合 金 ４ ０ Ｍｏ ｅ ４ ０ 为 镍一 合 金 ０ （ ｎｌ ０ ） 一 铜 系列 ， 有优 良的抗酸 、 等腐蚀 的能力 。在 某些 介 具 碱
和抗 腐蚀 、 氧化 性能 显著改 善 ， 抗 但热 导率 和 电导率 有 所下 降 。焊接 中也 与一 般 的钢 铁 材料 大 不 相 同 ，
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关 键 词 ： 属 材 料 ； ｎ ｌ ０ ； 备 焊 接 ； 要 缺 陷 ； 化 工 艺 金 Ｍｏ ｅ ４ ０ 设 一 主 优
中 图 分类 号 ： Ｇ１ ３ ４ ＴＧ ５ ． Ｔ ３． ； ４ ７１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７７ ４ （ ０ １ ０ ０ ３０ １ ０ —５ ５ ２ １ ） ７０ ４ — ５

Monel400的耐腐蚀性能一般情况下比镍铜更优越,它比纯镍更耐还原性介质的腐蚀，比纯铜耐氧化性介质的腐蚀，对硫酸、磷酸、碳的耐腐蚀性非常好。

特别是耐氢氯酸的腐蚀，对热浓碱也有优良的耐腐蚀性。

Monel400合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。

同时在海水中比铜基合金更具耐蚀性。

各国牌号名称叫法也有不同，monel400各国牌号名称：国标为68Ni28Cu28Fe，美标为MONEL400，ASTM B127，ASME -127，AMS 4554，日本JIS NW4400，德国DIN为2.4360，DIN1743，英国为NiCu30Fe，NTR为EG1,NA13incoloyA286。

主要成分：65Ni-32Cu-1Fe-0.1C金相结构：Monel400合金的组织为高强度的单相固溶体。

机械性能：抗拉强度：σb≥450Mpa，屈服强度：σb≥170Mpa，延伸率：δ≥30%主要用途：海洋：蒙乃尔合金具有优良的抗海水腐蚀性能，是理想的海洋用材，被广泛的应用于海洋设备、设施中。

船用设备、管道系统的重要部件：泵和阀的零部件，如泵轴、阀杆、阀盘等；它既能抗静止海水又能抗高速流动海水的腐蚀，可用于具有抗冲击腐蚀性能的部件，如船舶推进器、螺旋桨、螺杆、叶轮、各种紧固件、船用热交换器等。

海底输油管道和大桥所用的紧固件螺栓、螺母、联结件等。

海上采油平台飞溅区防海水腐蚀结构件等。

航母的不少设备和系统都广泛的应用蒙乃尔材料。

石油化工：低硫高盐原油的常压蒸馏装置塔体衬里和塔盘等部件及塔顶冷凝管束等一般都采用蒙乃尔合金。

用于石油化工生产中，氢氟酸作催化剂的装置，如烷基苯氢氟酸烷基化装置和汽油氢氟酸烷基化装置等，氢氟酸具有强腐蚀性和剧毒性，其阀门性能就必须有相应的可靠性。

熔碱工程设备核心管路；洗涤化工管材；反应釜、蒸发器、热交换器、储灌、泵、搅拌桨轴、阀门阀杆；造纸工业的结构件等等。

航空航天、核工业：核工业所用阀门、阀杆、轴套制造；铀提炼核同位素分离设备；——————————————————————————————Monel400蒙乃尔：①⑧⑨⒍⒋⒍⒏②⑥⑧Monel400钢板、Monel400棒、Monel400锻件、Monel400管，Monel400带材配套焊接材料及焊接工艺：MONEL400合金的焊接建议采用AWS A5.14焊丝ERNiCu-7或AWS A5.11焊条EniCrCu-7，焊材尺寸有Φ2.4、3.2、4.0,产地为：美国SMC和德镍，焊接工艺及指导书欢迎来电索取。

蒙乃尔合金的焊接摘要：蒙乃尔合金是一种机械性能和加工性能好，耐腐蚀性强的Ni-Cu合金，在焊接加工时容易产生热裂纹和气孔等缺陷。

通过对这些缺陷的分析，找出了缺陷产生的原因，经过焊接工艺试验，制定出合理的焊接工艺参数，解决了焊接中的裂纹和气孔问题。

关键词：蒙乃尔合金；焊接工艺；热裂纹；气孔我公司现为某厂生产的2台蒙乃尔合金换热压力容器，其筒体直径为Φ1300*12，主体材质为上下管箱为Monel400，中间筒体316L和Q345R。

316L和Q345R是我厂经常接触的材料，对其焊接性比较了解。

但是蒙乃尔是Ni-Cu组成的合金，该合金具有优良的耐腐蚀性能和良好的机械性能和加工性能。

适用于食盐、氨水、苛性碱和碳酸盐溶液，以及酒精、染料溶液等腐蚀性介质的设备和管道。

由于Monel400是我公司第一次接触，首先要对其焊接性作出分析，并作出焊接工艺评定。

1.Monel400的基本性能和焊接工艺特点（1）蒙乃尔属于镍铜系列合金.其化学成分和机械性能见表1：表1：由上表可见：Monel400的强度，冲击韧性较高，延伸性较好，可用在耐腐蚀要求较高的场合。

（2）焊接工艺特点 Monel400在液态下的流动性及浸润性很差，焊接接头容易产生热裂纹，气孔和不良的表面成形。

为了保证现场焊接的质量，对产生焊接缺陷的原因进行分析如下：a.热裂纹的形成机理蒙乃尔合金产生热裂纹的原因有冶金因素和工艺因素，其中冶金因素起主导作用。

蒙尔合金焊接时，由于S，Si等杂物在焊缝金属中偏析S和Ni可形成Ni-NiS低熔点共晶，在焊缝金属凝固过程中，这种低溶点共晶在晶界形成一层液态薄膜，在焊接应力的作用下形成所谓晶间裂纹。

Si在焊接过程中和氧等形成复杂的硅酸盐，在晶界形成一层脆的硅酸盐薄膜，在焊缝金属凝固后的高温区形成高温低塑性裂纹；另一方面，由于蒙乃尔合金导热性差，焊接热量不易散出，容易形成过热造成晶粒粗大，使晶间夹层增厚，减弱了晶间结合力，还能使焊缝金属的液固相存在时间加长，促进了热裂纹的形成。

引言镍铜合金（Monel400）在国外生产应用已多年，但由于材料成本、工艺制造等因素，国内镍铜合金应用仍不算普及，目前主要应用于氟化工、石油机械、精细化工、化肥等领域的设备及部件中。

这些行业使用的设备大都属于特种设备范畴内，如压力容器、压力管道等，工作压力均远远超过0.1MPa。

盛装介质大多是最高工作温度高于或者等于其标准沸点的各种强酸强碱，且主要划分至危险系数更高的第三类压力容器或是GC1类压力管道。

Monel400镍铜合金就是一种已经证明过的、在压力容器和压力管道行业氟介质中广泛使用的、最具有优异耐腐蚀性能的特殊材料，其在中高温的强酸、强碱中也表现出较好的耐腐蚀效果。

随着经济的不断发展，我国近年也更新了镍基合金的国家标准规范，新增了Monel400镍铜合金牌号，但Monel400合金材料价格仍很高，国内的压力容器、压力管道很少整体采用Monel400合金材料，一般采用碳钢材料为基体保证其强度，Monel400合金保证其耐强酸腐蚀性能。

该种应用不可避免地存在异种金属焊接。

目前，手工电弧焊仅有 “GB/T13814-2008”镍及镍合金焊条一份国家标准作为推荐性标准，与异种钢碳钢的焊接工艺也没有相关的技术规范，仍处于发展的阶段。

为此，分析研究Monel400与Q345R 异种钢的焊接，采用两种焊条进行对比试验，确定其焊接方法、焊接工艺，以期为今后两种金属的异种钢焊接提供数据支撑。

1　试验材料一块试板为Monel400合金，一块试板为Q345R，试板厚度为6mm，尺寸如图1所示。

图1 试板尺寸两种异种钢材料质保书化学成分和力学性能如表1、表2所示。

手工电弧焊两种焊条化学成分如表3所示。

2　焊前准备依据特种设备标准NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》、NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》，特制定Monel400合金与Q345R焊接工艺作业指导书。

（1）施焊场地。

与其他类别材料分开，地面铺置防划摘　要：Monel400合金与Q345R进行异种钢焊接，采用SMAW手工电弧焊（分别采用焊条ENi2061、焊条ENiCu-7进行对接焊接），对两块试板对接焊缝进行性能对比分析。