纯镍制ⅰ效蒸发器的焊接制造

1、制碱用纯镍压力容器焊接方法的优化Optimization for welding method of pressure vesselin pure nickel used in alkali manufacture锦西化工机械集团有限责任公司 王日晗 杨志军 常 城Jinxi Chemical Machinery(Group)Co.,Ltd Wang Rihan Chen Zhushan Chang Cheng摘要 介绍了纯镍的手工钨极氩弧焊和埋弧焊的试验以及应用于生产实践中的情况，论述了埋弧焊与手工焊相比所独具的高效、低耗、节能等显著优点和为防止焊接裂纹及气孔所采用的工艺措施，介绍了对工程中出现问题的解决方法。Abstract: In this paper, the test of manual argon tungsten and submerged-arc welding in pure nickel and the status used in productive practice. This articl illustrated the significant merit

2、of submerged-arc welding (such as high activity, low loss, energy saving etc) contrast to manual welding, as well as the procedure for prevent welding crack and blowhole. The countermeasure for problem appeared during application was.关键词： 纯镍 手工钨极氩弧焊 埋弧焊 经济效益对比Key word: Pure nickel, manual argon tungsten arc welding, submerged-arc welding, economic benefits comparison前言目前国内外制碱设备浓效部分大都采用纯镍和镍合金来作为防腐材料。因为镍具有良好的耐热、耐腐蚀性能，尤其是镍具有非常优良的抗强碱腐蚀性能。我公司承揽了某大型化工厂效蒸发器的制造任务。该设备长 18.5 米，总重超过 20 吨。其中纯镍所占比例为全部材料的80%以

3、上。设备内物料为 NaOH，最高工作温度为 145，具有很强的腐蚀性。图纸设计要求参照 ASME 第卷第一分册 UNF篇有色金属材料制造压力容器的要求制造。焊材的选择纯镍的焊接最容易出现的缺陷为裂纹和气孔，产生裂纹的主要元素为氧、硫、铅等，它们易与镍形成低熔点共晶体分布于晶界上。而焊丝、焊件表面上的水分、锈蚀、油污则是形成氢气孔的主要来源。我们所要解决的问题就是降低焊缝金属中的氧、硫及其它有害元素的含量，以避免出现裂纹和气孔。为此，要求焊丝为真空冶炼后拉制，化学成分要求符合 ASME 第卷 C 篇 A5.14 标准。试验手工钨极氩弧焊试验用板材为N6、316L 、16MnR 、Q235 等四种。N6 之间的焊接采用 4mm 和 8mm 两种厚度，N6与 Q235、16MnR 、316L 之间的焊接采用厚度为 8mm 的板材。焊丝的化学成分符合AWS 标准中的 ERNi-1，直径 3.2mm。在 N6 与 Q235、16MnR 之间焊接时，为防止在焊缝金属中熔入大量铁的成分，影响焊接接头的性能，我们先采用小电流在Q235 和 16MnR 坡口侧堆焊厚度为 1.5mm的过渡层，然后再与 N

4、6 进行焊接， N6 之间及与 316L 之间的焊接则不在坡口侧堆焊，而是直接进行焊接。焊接时的规范为：电流 I=250-300A，电压 U=25-28V，焊速 80-90mm/min，焊后经 X 射线无损检测，焊缝 未发现裂纹、气孔等缺陷，符合图纸要求。在随后进行的物理性能试验中，拉伸试件断口位于 N6 母材侧，弯曲试件经4S、180弯曲试验后焊缝及热响区无开裂现象。埋弧焊由于设备筒体直径最大达到2400mm，采用手工钨极氩弧焊暴露出来工作效率低下、氩气消耗量大、焊接条件差等一系列的缺点。在这种情况下，我们试采用埋弧焊来焊接 N6，这是我们在镍设备制造中的新尝试。由于当时国内还没有能生产配套镍基合金埋弧焊用焊剂的厂家，就采用不锈钢焊剂试验，效果都不理想，不是出现气孔，就是出现焊缝粘渣及焊缝成形很差的现象。为了解决这个问题，我们按照不同焊剂的特点，把它们按比例组合起来，达到使用要求。经过多次试验，终于筛选出由几种不同焊剂配成的组合焊剂，经试验证明工艺性能非常好，成形很美观，达到了预期的效果。在埋弧焊试验中，也存在着不易解决的问题，主要表现在背面清根困难。由于纯镍焊接中不能采用碳弧气刨清

5、根，而采用机械方法存在效率低、噪音大、难于操作等缺点。基于以上所出现的问题，我们对焊接方法作了相应改动，采用手工钨极氩弧焊打底，埋弧焊盖面的方法克服了以上所出现的问题。埋弧焊采用的是 ERNi-1 焊丝，焊接规范如下：焊接电流：I=400-450A 电弧电压：U=32-34V 焊接速度：V=22M/h耐腐蚀试验对上述两种焊接方法我们还做了耐腐蚀的对比试验，因为纯镍对酸是较为敏感的，我们选择了三种腐蚀剂，分别是：（1）王水， （2）35%盐酸， （ 3）浓硝酸。在这三种腐蚀剂中分别放入手工钨极氩弧焊、手工钨极氩弧焊+埋弧焊的焊接接头和N6 母材的试样，经 120 小时的煮沸腐蚀，焊缝金属、热影响区、母材的腐蚀深度不明显，说明了以上两种焊接接头的抗腐蚀性是良好的。此外我们还对手工钨极氩弧焊和埋弧焊的焊缝金属进行了化学成分的分析，其中S=0.003，P=0.005，Pb=0.0002，是很低的。对氩弧焊焊缝金属进行了氧元素含量的测定，为 O=0.0008，低于相应标准规定的最大值，说明采用的焊接工艺及规范参数是合理的。焊接生产产品焊接质量的好坏，直接影响着设备的使用寿命。N6 之间的焊缝同

6、NaOH 直接接触，这不仅要求焊缝具备有好的耐蚀性，还要具备优良的力学性能。所以在生产中严格执行工艺就显得尤为关键。焊前准备造成硫、磷对焊缝的有害影响，在砂轮打磨之后必须用钢丝轮再进行打磨。之后用丙酮溶液对坡口进行严格的擦洗，彻底去除油污、锈蚀等杂质。坡口处不得有用含有硫、铅等有害元素的油漆、铅笔等做的标记，以免焊缝中出现热裂纹。焊丝的清理用砂纸擦拭，去除表面氧化膜，然后再用丙酮溶液清洗，去除油污。埋弧焊用焊剂焊前进行烘干，烘干温度为 250-300，时间为 2 小时， 150保温。焊接手工钨极氩弧焊焊接时，焊丝端头以及熔池受到电弧高温加热处于熔化状态，很容易吸收外界的氧、氢等有害元素使焊缝发生氧化和产生气孔。为防止这些情况的产生，焊接时焊丝头必须始终处于焊炬喷出的氩气保护之下。坡口背面及焊炬后方同样要有氩气跟进保护，始终使熔池及刚凝固仍处于高温状态的焊缝处于氩气的保护之下，不与外界空气直接接触。在焊接中，由于连续操作时间较长，焊接电流大，使焊炬处在很高的温度下工作，通常的焊炬不能够满足工作要求，出现变形、软化等现象，使焊接工作不能顺利进行。根据实际情况我们制作了便于焊接且耐高温的全金

7、属焊炬，体积小，重量轻，生产中使用效果很好。手工钨极氩弧焊打底+埋弧焊填充盖面设备的筒体直径为 2400mm，采用氩弧焊打底，埋弧焊填充盖面的方法，使75%的焊接工作由埋弧焊来完成，如图示。此焊缝采用二道氩弧焊，一道埋弧焊，由此可见埋弧焊与氩弧焊相比，大幅度提高了生产效率，并且还可以减少氩弧焊产生的臭氧对焊工的危害。在纵、环焊缝的焊接中，充分体现出了埋弧焊所独具的优越性。经济效益对比表 1 和表 2 中列出了相关数据，在相同的板厚条件下对氩弧焊和埋弧焊进行了多方面的比较。10mm 板对接 氩弧焊（TIG） 埋弧焊（SAW） 比率（TIG/SAW）焊缝焊道数 5 1焊缝长度(m) 110 110焊接速度(m/h) 1.1 22焊接电流(A) 300 450电弧电压(V) 14 34计划成本(元/时) 20 11耗用工时(h) 101.7 5 20.34 倍投入成本(元) 2034 55 37 倍耗电量(Kw) 427.1 76.5 5.58 倍焊丝消耗量(Kg) 52.8 44 1.2 倍表 1 采用埋弧焊与采用氩弧焊之间的比较从表 1 的比较中可以看出，从工时消耗、成本、耗电、焊丝消耗

8、几方面上看，氩弧焊都远远大于埋弧焊。从表 2 可以看出，实际生产中采用的氩弧焊打底+埋弧焊盖面的方法在各项指标上也比只单纯采用氩弧焊更具有优越性，成本各方面都有较明显的降低。采用钨极氩弧焊，较长的焊丝头常常被废弃。在埋弧焊中基本没有焊丝头，可见埋弧焊节省焊丝。结论焊前对坡口及焊丝的严格清理，是获得优质焊缝的可靠保证。采用手工钨极氩弧焊具有良好的焊接工艺性能，易操作，能获得优质的焊接接头等优点。不足之处是效率低，成本高。埋弧焊的运用具有重大意义，表 2 实际采用氩弧焊与氩弧焊+埋弧焊之间的比较在能够获得优质焊接接头的同时，大幅度提高焊接生产率和降低成本，具有很高的经济效益和很大的推广价值。在本工程中手工钨极氩弧焊与埋弧焊两者之间有机的组合，是发挥两者之优点且又克服缺点的理想焊接方法。参考文献1.廖羲纶、罗强 碱液三效逆流蒸发设备的设计腐蚀控制2.吴林 焊接手册第二分册材料的焊接 机械工业出版社3.龙红、杨志军 纯镍及其与碳钢、不锈钢氩弧焊工艺评定试验0mm 板对接 氩弧焊（TIG） TIG+SAW比率（ TIG/TIG+SAW）焊缝焊道数 7 氩 2+埋 1焊缝长度(m) 110 110焊接速度(m/h) 1.1 3.2焊接电流(A) 300 氩 300 埋 450电弧电压(V) 14 氩 14 埋 34计划成本(元/时) 20 氩 20 埋 11耗用工时(h) 142.8 34.3 4.16 倍投入成本(元) 2856 868.5 3.3 倍耗电量(Kw) 599.7 246.7 2.43 倍焊丝消耗量(Kg) 70.5 61.7 1.14 倍

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