我公司为石油化工、煤化工建设单位,主要焊接方法包括焊条电弧焊、氩弧焊、熔化极气保焊及埋弧焊等。主要焊接材料也是围绕着这些焊接方法的选用焊条、焊丝。


随着石油化工的深加工,高温、高压及剧毒等介质设备、管道需要耐腐蚀效果更好的材料投入使用。同时,海洋工程、脱硫装置及废水处理等众多领域中,镍基合金得到推广应用。但镍基合金材料在焊接时,镍合金导热性差、金属润湿性差、焊缝较难成形,这些特性造成其焊接难度很高。


2. 镍基焊条在工程中的选用


我公司承建的某煤化工项目中费托合成反应器内集合管要求采用镍基焊接材料进行焊接。焊接工艺确定后,为了控制成本,首先采用价格低廉的某国产牌号镍基材料进行管道焊接。镍基焊丝ERNiCr—3钨极氩弧焊操作性良好,但焊条ENiCrFe—3在仰焊位置焊接时,在4点至8点位置反复出现气孔,在返修焊接过程中,气孔重复出现,特别是在仰焊部位操作性更差,出现气孔几率更大。并且在收弧处经常出现收弧裂纹,焊接质量非常不稳定。


经和项目部质检人员、焊工交流,并到检测探伤处查看探伤底片。通过RT探伤底片分析,平焊、立焊部位没有出现大面积气孔缺陷,仅是仰焊部位出现了大面积气孔缺陷。经过分析,此国产品牌镍基焊材存在先天缺陷,不适宜仰焊焊接,是造成焊缝大面积产生气孔的直接原因。


经过调研,决定采用进口镍基焊条进行焊接。美国SMC公司产镍基焊条ENiCrFe—3,焊工反应焊接操作性较差,熔池铁液脱渣性较差,且容易粘条??悸鞘院甘毕殖√跫丛?,焊缝质量风险较大,不建议使用。


选用英国曼彻特产镍基焊条ENiCrFe—3施焊时,焊工反应操作性良好,熔池铁液脱渣性较好,且不易粘条,焊缝经拍片合格率较高。因此最终采用英国曼彻特产焊条焊接φ508mm×30mm管口48个,合格率98%,达到了设计标准。


3. 国内外镍基焊条对比试验


鉴于公司对镍基材料的施工越来越多,我们对国内和国外进口的4种镍基焊条进行了管道对接焊缝的对比性试验。管道材质采用TP304,规格φ168mm×12mm×300mm,焊接方法为GTAW+SMAW,焊接位置水平固定5G。


(1)国产A品牌牌号镍基焊条?由于该焊条为酸性渣,铁液和熔渣流动性好,在仰焊位置铁液容易堆积,所以在仰焊位置不宜采用连弧焊接,宜采用灭弧焊方法操作。焊条脱渣性能差,表面的熔渣需认真修磨,否则焊缝表面易夹杂熔渣。


(2)国产B品牌镍基焊条?该焊条为碱性渣,铁液和熔渣流动性差,填充、盖面焊接宜采用连弧焊。脱渣性能较好,焊缝表面较为光滑,焊后表面光亮无药皮残留。


(3)进口C品牌镍基焊条?为碱性渣,铁液和熔渣流动性好,填充、盖面焊接宜采用连弧焊。焊条焊接时脱渣性能好,焊后表面光亮无焊药残留。适用全位置焊易操作,电流适应性较低。


(4)进口D品牌镍基焊条?该焊条属于碱性渣系,外形完整做工美观。填充、盖面焊接宜采用连弧焊,电弧有很高的挺度、铁液流动性稍差,电弧稳定性较好不易粘焊条,焊接时端部套筒?;そ仙钜撞僮?,熔深为1~2mm,熔宽适中,焊后表面光滑、无明显药皮残留,连弧焊焊道饱满成形美观,无气孔、收弧裂纹、缩孔,适用全位置焊,易操作,电流适应性较低。国内外镍基焊条焊接时端部套筒对比如图1所示。



检测公司RT探伤结果对比: ①国产A品牌、B品牌镍基焊条完成焊缝经检测公司RT探伤,在4~6~8点的仰焊位置出现大面积的密集性气孔,判定为不合格。②进口C品牌镍基焊条完成焊缝经检测公司RT探伤,同样发现在4~6~8点位置有少量气孔,气孔成分散状,但与以上两种国产镍基焊条相比要少得多,判定为合格。③进口D品牌焊条焊缝RT探伤无气孔,探伤合格(见图2)。




4. 结果和建议


本次镍基焊条焊接试验共进行了焊条外观检测对比、焊条焊接复验对比、管材对接焊缝焊接操作性对比及RT探伤对比等。由于国产焊材RT探伤时,焊缝中局部布满气孔,所以后续的力学性能等试验没有进行。


通过对比,目前国产镍基焊条生产技术还在起步阶段,国产镍基焊条在化学成分、力学性能上和国外焊材相比区别不大,但是焊接操作性能和国外焊材相比还有一定差距。主要表现在焊条脱渣性差、电弧不稳定、熔渣对熔池?;げ患?、电流适应性差,难以适应全位置焊接,特别是仰焊位置焊接时,会因出现局部大面积气孔缺陷而造成焊缝返修。此结论通过公司内几个项目的施工,得到验证。



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