以Monel-400材料焊制容器为例谈其优化工艺

杨影洲

（黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100）

以Monel-400材料焊制容器为例谈其优化工艺

杨影洲

（黑龙江工业学院，黑龙江 鸡西 158100）

随着化工产业的快速发展，有色金属由于具有良好的物理和化学性能，而得到了广泛的应用.蒙乃尔合金400即Monel-400具有良好的抗酸、碱等腐蚀性能，能够在环境比较恶劣的环境下发挥良好的性能，因此被用作抗腐蚀性的设备和管道的结构材料.但是由于Monel-400合金材料在高温的条件下能够和空气中很多元素发生反应，从而影响了焊接材料的性能，加强对Monel-400焊制容器的工艺研究具有重要的经济意义和现实意义.

Monel-400合金；焊接；工艺

镍铜合金具备了铜的贵金属性和镍的钝化性，而且在氧化性的条件下比铜稳定，在还原性的条件下比镍的耐腐蚀，所以具有单一金属所没有的化学性质，在工业生产中得到了青睐.Monel-400合金材料对于条件比较严格的稀盐酸、硫酸、磷酸和碱性环境等，特别是对氢氟酸等都具有良好的耐腐蚀性，可以有效的延长化工、石油、药业等行业中腐蚀性和压力环境性的压力容器等设备的寿命，减少其使用和维护的成本.

1 Monel-400合金材料简介

镍的化学性不活泼，在氧化反应的初期就可以生成氧化膜从而防止其进一步的发生氧化和腐蚀，在高温的条件下也具有良好的抗腐蚀性.镍和其它的金属元素组成合金之后，其抗腐蚀性、抗氧化性和力学性能都得到了明显的提高[1].同时在焊接的过程中和一般的钢铁材料不同，其最容易出现裂纹、气孔等缺陷.Monel-400合金具有良好的导电和导热性，而且具有良好的焊接性能，在焊条电弧焊、熔化极气体保护焊以及钨极气体保护焊等焊接方法中都有良好的效果，而且不需要进行预热处理和焊接后热处理.但是由于Monel-400材料的价格昂贵，为了降低其使用成本，常常和钢材料复合之后使用，因此在碳钢基体表面堆焊Monel-400合金材料作为耐腐蚀层是常见的基本复合方法.

随着温度的升高，在焊接的过程中，Monel-400合金材料在温度比较高的情况下，其化学性质变的活泼，而且具有很强的吸收空气中其它杂质元素和粉尘的能力，从而影响了材料的焊接质量.Monel-400合金的抗腐蚀性主要来自于其表面所形成的氧化膜和氧化膜的完整性，如果Monel-400合金吸收了一定的杂质之后，其抗腐蚀性和力学性都急剧的下降，从而形成裂纹等现象[2].Monel-400合金对工作环境的苛刻性要求，决定了其施工阶段应当控制好周围的环境，其中封闭性的洁净环境是非常必要，同时还要发展出现粉尘污染，控制好周围环境的干燥度.

对Monel-400合金材料来说，由于其热膨胀系数比较低，而且热变形和相变时的变形都比较小，再加上本身具有非常高的纯度，所以在一般的焊接过程中不会产生缺陷等问题.但是由于其它因素的影响，降低了焊接的质量.例如在焊缝组对的过程中如果有外界应力的存在，则会产生冷裂纹的现象.同时由于在焊接的过程需要氩气的保护，氩原子具有从低温向高温扩散和聚集的特点，所以使这些部分成为了保护的薄弱地方，容易产生焊接延迟裂纹现象.当其中的碳和硅的含量达到一定程度的时候，其焊接性能变的非常的差，而且杂质以液态金属薄膜的形式存在于容器的表面而形成比较大的收缩力，出现热裂纹的现象[3].在焊缝部位由于热应力的作用和材料质量的变化，出现材料的聚集和延伸等现象，最终导致高温波动引发的弧波裂纹.因此在焊接有色金属过程中要增强对焊缝的保护，加强其背面的充氩保护是十分必要的.

2 提高Monel-400合金材料焊接工艺的研究

由于Monel-400合金的导热率比较低，在焊接的过程中容易发生过热开裂等现象，因此严格的控制其焊接工艺是提高其质量的重要方法.仅仅的依靠减少焊接电流的方法，并不能够取得良好的效果.这是由于液态的Monel-400材料的流动性差，而熔深浅，所以在焊接的工程中其电流不应太小，为了保证焊缝良好的熔合应当能力提高焊接的速度来控制其热量[4].一般容器焊接工艺参数要求如下：

焊接层数 焊接电流（A）层间温度（℃）1 70～100 10～12 50～60 ≤80 2～4 100～120 12～14 60～70 ≤80电弧电压（V）焊接速度（mm/min）

为了提高Monel-400合金的焊接工艺，应当做好以下几个方面：

2.1 制定针对性的焊接工艺的指导说明书，做好现场焊接控制作业.在焊接的过程中要严格的控制焊接线的能量，减少焊接热的输入.控制容器焊口的焊层厚度，便于施工人员把握好焊接区域的温度和冷却温度，一般焊接层间的温度不应当大于80℃.根据实践数据可以发现，当焊层过多的时候容易产生弧波裂纹，所以在控制好应力集中区域较小和晶粒度细小的基础上尽可能的减少焊接层数，这中操作工艺能够有效的提高焊接的质量和效率.在焊接的过程中要保证容器焊缝中的氩气置换彻底，要保证氩气的纯度达到99.99%以上.其中氩气的含量是影响焊缝保护效果的重要参数，控制氩气的流量是得到优秀的焊缝的关键，如果氩气的流量比较大，容易在焊接的过程中出现裂缝、气孔、夹渣等缺陷，根据操作的经验一般氩气的流量在8～12L/min比较合适[5].对焊炬喷嘴的直径应当控制在20～25mm左右，使喷嘴喷出的氩气的流量保持稳定的状态，从而有效的保护好焊缝、焊池、热影响区.做好氩气的气体隔离，可以减少产生焊接裂纹等其它缺陷，有效的保证了焊接的质量.在焊接的过程中，焊丝的熔化端应当处于纯氩的保护中，当息弧之后要等待熔化端冷却之后才能够从氩气中取出.如果焊丝头被氧化或者污染，其污染和氧化部分必须切除.在焊接的过程中还应当密切的关注焊道的色泽，如果发现有比较明显的焊缝缺陷，要马上停止焊接作业，把氧化部分给予切除或者打磨掉，保证焊接的质量.

2.2 对焊缝质量的控制.对于焊缝表面产生的氧化部分和经过检测发现的不合格部分，要进行返修处理.在返修之前要根据焊缝所存在的缺陷，正确的分析其中的原因，从而制定针对性的返修方案.对焊缝的返修必须按照预定的方案进行操作，采用和正式焊接同样或者更加严格的工艺水平.对于同一部位的焊缝的返修不能超过两次，否则容易产生弧波裂纹和造成局部材料的恶化现象[6].在利用氩弧补焊的过程中，要重视氩气的保护，在焊接的过程中焊接接头和其附近的区域应当保护到200℃.如果焊接完成后出现裂纹、气孔以及焊接的颜色不是银白色，应当磨去重新焊接.当焊缝同一部位的焊接次数超过两次，在补焊之前应当有施工负责人批准，有技术可靠的高级技师操作.

除此之外，Monel-400合金利用钨极氩弧焊接时，其焊接的温度不能够低于5℃，其湿度要在80%以内，施工现场要支持足够的干燥，必要的时候要配置去湿机；加强焊接区域的保护，可以搭设防尘棚等措施，防止其受自然因素的影响而降低其施工的质量[7].要严禁在容器的表面任意的引弧，在焊接之前可以在引弧板上进行测试；在焊接之前要提前输送氩气.在焊接的过程中，应当尽可能的一次性焊完一道焊缝之后再进行下一步的操作，减少焊接接头的数量，同时也防止产生焊接弧波裂纹.

3 结束语

在应用Monel-400合金材料焊接的过程中，要不断的研究和更新其焊接工艺，提高其力学性能和使用功能.按照相关的设计标准加强对焊缝的检测，当焊缝的缺陷超过规定的时候，应当进行返修操作.在焊接的过程中，要严格的控制好焊接工艺，通过不断的优化其工艺水平，提高容器的焊接质量.

〔1〕王富.含铝Monel合金的制备及组织的研究[D].西安理工大学,2008.

〔2〕刘轶暄.Monel-400合金圆筒环焊温度场及应力场的数值模拟[D].内蒙古科技大学,2011.

〔3〕杨东光.Al、Si、Ti对时效Monel合金强化及抗氟性能的影响[D].昆明理工大学,2012.

〔4〕马魁,李哲,陈重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高温力学性能及热脆分析[J].中国体视学与图像分析,2012,(04):383-388.

〔5〕马魁,李哲,陈重毅,邢淑清,麻永林.Monel-400合金高温力学性能及热脆分析[A].中国体视学学会材料科学分会.第八届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C].中国体视学学会材料科学分会,2012.6.

〔6〕吕静,李春静,阮鑫，等.Monel-400焊制容器的主要缺陷及优化工艺[J].有色金属（冶炼部分）, 2011(07):43-47.

〔7〕阮鑫,谷菲菲,齐广辉，等.化工用Monel-400容器的焊接裂纹成因及优化工艺 [J].焊接,2010 (06):43-47.

TG441

A

1673-260X（2014）03-0075-02