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钨极氩弧焊在镍基压力容器中的应用 班级：电焊二班 姓名：王昭宁钨极氩弧焊在镍基压力容器中的应用 王昭宁 摘要: 介绍了将钨极氩弧焊(GTAW)用于镍基(Inconel600) 压力容器中的焊接制造,采用适 当的焊接规范参数,焊接工艺评定试验结果满足了产品制造技术条件的要求.在产品焊接过程 中,通过焊接操作和焊接工艺的控制,使焊缝通过 100% 的射线检测和超声波检测以及水压试 验 关键词:GTAW,Inconel600, 压力容器 一、前言 2006 年 8 月份,我公司为四川某公司生产一台 Inconel600 的三氯化铝发生器的压力容器, 虽然国外已经有相关的标准,但当时国内还没有压力容器这方面的制造检验标准.我公司通过 走访、学习兄弟单位的相关的有色金属容器的生产制造经验，经过反复的焊接工艺试验验 证后，将 GTAW 用于 Inconel600 焊缝接头的焊接方法，焊后经 RT 和 UT 检验，焊缝质量 达到要求 二、设备结构及主体材料 三氯化铝发生器装置（设备结构简图见图 1）设计参数见表 1其工作介质为 Cl 2、 ， TiCl 4 ， Al ，AlCl 3 壳体主体材质为 Inconel600(其化学成分和力学性能见表 2,表 3) 图 1 设备结构简图 表 1 容器设计技术参数 壳体内径( mm) 壳体壁厚 (mm) 设计压力 (Mpa) 设计温度 (℃) 工作压力 (MPa) 工作温度 (℃) 工作介质 Φ1600 16 1.0 480 0.45 450 Cl 2 、TiCl 4 、Al、AlC l 3 表 2 Inconel600 （退火）板材化学成分 （Wt% ） 元素 C Si Mn P S Ni Cr Cu Ti Fe 标准 值 ≤0.1 5 ≤0.5 0 ≤1.0 0 ≤0.0 15 ≥72. 0 14.0-17.0 ≤0.5 0 ≤.70 6.00-10.00 实际 0.05 0.17 0.35 0.001 75.8 15.16 0.01 0.13 8.19值 表 3 Inconel600 的力学性能 力学性能 屈服强度（Mpa） 抗拉强度（MPa） 延伸率 标准值 240 550 30 实际值 279 667 45 三、焊接材料的选用 Inconel600 的焊接材料的选择首先要保证其熔敷金属的化学成分与母材相当,S 、P 等杂 质元素的含量要控制的很低,使焊缝金属具有相应的性能指标.其次母材厚度为 16mm,为了保 证焊缝每层的质量,飞溅少,层间易清理等因素,我公司综合上述因素,采用单面 U 型坡口,焊接 方法为 GTAW, 焊丝为 2.5.Inconel82 .焊丝其化学成分和力学性能见表 4,表 5。

表 4 Inconel82 焊丝的化学成分 元 素 C Cr Ti Si Ni Mn Nb Fe Cu S P 标 准 含 量 (%) ≤0. 10 18.0-22.0 ≤0. 75 ≤0. 50 ≥6 7.0 2.5-3.5 2.0-3.0 ≤3. 0 ≤0.5 0 ≤0.01 5 ≤0.0 3 实 际 含 量 (%) 0.03 20.05 0.40 0.15 余 量 2.92 2.54 1.23 0.035 0.0012 0.005 表 5 Inconel82 焊丝的力学性能 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(%) 600.00 240.00 36 四、焊接工艺评定 在进行焊接工艺评定之前,我查阅了许多相关的资料,选择不同的规范参数匹配,并在试板 上进行一系列的焊接工艺试验,通过观察飞溅大小,电弧稳定性,焊接表面的成型,母材的熔合 情况,确定焊接电流为 160-210(A)电弧电压为 16-18(V)电流太小,不仅生产效率低,还容易产 生未熔合,气孔等缺陷,电流过大,会引起钨极熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而造成污染, 而且还容易引起烧穿或焊缝下陷,咬边等缺陷.选择合理的焊接规范参数见表 6,参照 JB4708- 2000 和 GB50236 的标准,试板规格 500X150X16 对接,保护气体为 Ar, 气体纯度 99.99%焊 枪中 Ar 气流量为 14-18L/Min, 尾部 Ar 气流量为 10-12L/Min, 焊缝背面 Ar 气流量为 12- 14L/Min,对焊接工艺评定试板进行 100%RT 无损检测,符合 JB/T4730.2—2005 的规定,II 级合 格.然后进行理化解剖和力学性能试验,其结果见表 7,表 8.力学性能全部满足产品制造的技术 条件的要求.表 6 焊接规范参数 焊丝直 径（㎜） 极性 电流 （A） 电压 （V） 焊接速 度（㎝ /Min） 尾部气体 流量 （L/Min ） 背部气体 流量 （L/Min） 焊枪气体 流量 （L/Min） Φ2.5 正极 160-210 16-18 19-20 10-12 12-14 14-18 表 7 焊缝接头的化学成分 元素 C Si Mn P S Ni Cr Nb Ti Fe 实际 值 0.04 0.22 3.06 0.008 0.003 75.8 19.91 2.49 ＜0.0 01 1.29 表 8 焊缝接头的力学性能 力学性能 侧弯 抗拉强度（MPa） 延伸率 结果 合格 560 40 图 2 GTAW 拖罩保护示意图 1---焊枪 2--- 进气管 3---尾部保护拖罩 4---背面保护拖罩 5--- 进气管 6---焊件 五、产品焊接 （一）焊接坡口的准备 对接焊缝的坡口型式 U, 采用机加工,焊前对坡口区域进行仔细清理,用丙酮或乙醇清洗并 去除坡口附近 50mm 区域的氧化色等杂质. （二）焊接要点 在焊接之前,经焊工需进行相关资格的考试,焊工用焊接评定给出的规范参数范围,在非产 品试件上进行试焊,调节焊接电流,电压。

（三）在焊接过程中,层间温度严格控制在小于或等于 90℃,随时用测温笔进行测量 施焊过程中背部和尾部需用氩气进行保护（如图 2）,(尤其第一层、第二层) 并且每焊完一层需用 PT 检测，必须仔细检查，如有缺陷，按照有关程序进行处理，合格后再继续施焊 熄弧时一定要填满弧坑，以防止弧坑裂纹 六、焊后检验 焊缝表面无裂纹，气孔，咬边等缺陷焊缝按照 JB/T4730.2-2005 进行 100%RT 检测， II 级合格 七、小结 Inconel600 是镍基材料中焊接性比较好的一种材料，只要严格控制焊接工艺参数和层 间温度以及层间的清洗，选用匹配好焊接材料，焊缝完全达到产品制造技术的要求 将 GTAW 用于镍基材料的焊接技术的成功，在焊接工艺，焊工培训，现场操作和焊接 质量管理方面积累了经验，为公司以后向有色金属压力容器的制造奠定了基础。