一. 制定镍及镍合金焊接规范的目的：氯碱化工制碱成套设备的开发、制造是我公司确定的重要增长极，也是我公司发展壮大的战略部署。

镍及镍合金焊接是氯碱化工制碱工艺流程主要耐蚀设备制作的关键工序之一，镍及镍合金焊接质量的好坏直接影响到该设备的使用寿命，因此它也是我公司成功进入制碱设备制造的核心技术之一。

为严格把握镍及镍合金的焊接质量特制订本规范。

二. 镍材焊接的特点及注意事项：因为镍具有单相组织，焊接时存在焊接热裂纹倾向、焊缝气孔、焊接接头的晶间腐蚀倾向等等。

1. 镍在高温中易于生成高度致密的保护膜，在多层焊接的结合面易产生裂纹缺陷，严重影响到材料焊接处的强度及耐蚀性，因此焊接时必须采用氩气保护焊。

在焊接面上应采用专门的保护罩防止氩气的扩散，提高氩气保护层的浓度；镍材间焊接时焊缝背后面也应有氩气保护，防止镍金属在高温时的氧化。

2.镍材的焊接最容易出现的缺陷为裂纹。

产生裂纹的主要元素为氧(O)、硫(S)、铅(Pb)等，它们易与镍形成低熔点的共晶体分布于晶界上。

在焊接时必须选用含氧、硫、铅低，且与母材耐蚀性相同的焊丝，同时注意坡口及中间焊缝表面的氧化层的清除工作。

3.镍材的焊接最容易出现的焊缝缺陷还有气孔。

焊丝、焊件表面上的水分、锈蚀、油污则是焊缝中形成氢气孔的主要来源。

因此镍的焊接必须注意焊缝表面的清洁以及焊丝、焊件的加热、保温和烘干。

4. 高温含硫气体能使镍材腐蚀和变脆。

焊接或热处理前，应彻底清除工件上的油污、油漆及润滑剂等一切含硫或含铅的污染物。

加热炉的气氛中应严格控制含硫量。

加热用煤气或天然气的含硫量应小于0.57g/m3(重庆气矿对天然气脱硫规定为小于0.29g/m3),燃料油的含硫量应小于0.5%，不得用焦炭或煤加热。

5. 焊接热循环的影响：在焊接的热作用下，焊缝和基本金属容易过热，造成晶粒粗大，使接头力学性能和耐腐蚀性能下降。

6.焊接热裂纹的产生：镍基合金具有高的焊接热裂敏感性，在弧坑易产生大口裂纹，焊缝可能产生宏观裂纹、微观裂纹或二者同时存在的裂纹。

晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体凝固裂纹的最主要的冶金因素。

必须严格控制硫、硅元素的含量，防止硫、硅、磷、铅等有害元素的混入。

7. 减少焊接热裂纹的产生的方法：①提高锰的含量，能扩大有害元素(如磷等)的溶解度极限。

因而提高焊接材料的锰含量和焊接材料的纯度，减少或抑制有害元素的过渡均是有益的。

②正确选用与母材匹配的焊接材料是防止焊接热裂纹的重要措施。

③采用合理的装配与焊接次序，选用较小的热输入量，及时填满弧坑等工艺措施对防止热裂纹均是有效的。

④单相奥氏体焊缝中如有相当数量的微细一次碳化物、硼化物等第二相质点，也可阻挡晶格缺陷的积聚，起到阻滞裂纹形成的作用。

⑤镍基焊接材料中含有较高数量的铌(Nb)、钛(Ti)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)和锰(Mn)等，或同时加入多种元素，有利于防止热裂纹的形成。

⑥焊前对焊接表面进行彻底的清洗，可清除和减少硫、铅等有害元素的影响。

8.对气孔的敏感性：镍基合金特别是合金元素含量低的工业纯镍、蒙乃尔合金等的固液相温度间距小，流动性能偏低，在焊接快速冷却的凝固条件下，极易产生焊缝气孔。

在焊前必须清除坡口及其近区的杂质、各种涂料、油漆等，其目的之一就是防止焊缝气孔。

在钨极氩弧焊接镍基合金时，可向氩气中特殊进入体积分数5%的氢气，增加保护气体的还原性，以消除或减少焊缝中的气孔。

9. 焊接区的腐蚀倾向：Ni-Mo系的哈斯特洛液A与B合金焊接接头在盐酸、硫酸介质中使用时，在焊缝附近出现刀状腐蚀；Ni-Mo合金通过敏化温度区(1200～1300℃和600～900℃)时，沿晶界有富钼相的析出，造成Mo贫化区，导致晶间腐蚀。

10. 镍基合金熔焊与钢相比有低熔透性的特点，一般不宜采用大的热输入来增加熔透性，以防脱氧元素过多烧损以及焊接熔池过分搅动而导致的焊缝成形不良。

为了保证接头的熔透，接头形式应注意选用较大的坡口角度和较小的钝边。

11. 受电化学腐蚀的影响，镍材存放必须与其它金属材料(包括碳钢、不锈钢、有色金属等)隔离，严禁混装和直接接触，以避免金属离子间的相互渗透，保证镍材的纯度。

在存放时应采用非金属材料(塑料、木板、纸板等)隔离，同时注意隔离垫片的防潮、防雨，通风等干燥措施。

受此影响，镍转鼓在卷制过程中，不允许与碳钢轧辊直接接触(原因同上)，因此轧机的轧辊应覆盖橡胶隔离；亦可采用废旧橡胶输送带在轧辊表面包裹，用螺钉固定，碳钢板卷制时可卸除。

12. 镍材焊接时环境温度必须高于15℃，当环境温度较低时，必须采用加温(严禁火焰加热)的方法提高温度，这是由于低碳镍材质中存在着一定量的铁索体，导致镍材在冷却时因相变而使氢的溶解度急剧下降，从而产生气孔。

13. 镍材焊接时环境必须保持干燥，以避免湿气冷凝导致焊缝气孔。

重庆为潮湿地区，特别是起雾、阴雨天气空气湿度较大，镍焊接室必须采用热光源、热吹风等在焊接坡口处加温、干燥是必要的，切忌用火焰加热的方法烘干。

三.焊接操作规程：I. 焊前的加工与准备：1. 焊接接头的设计：焊接接头由焊缝、热影响区以及相邻母材三部分组成，它是整个金属结构不可分割的组成部分，它对结构运行的可靠性和使用寿命起着决定性的影响。

①焊接接头的设计主要包括：a).确定接头的形式与位置；b).设计坡口形式与尺寸；c).制定对接头的质量的要求。

②焊接接头设计的基本准则：a).焊接接头与母材金属的等强性。

它包括：常温、高温短时抗拉强度、高温持久强度以及在交变载荷下的疲劳强度。

b).焊接接头与母材金属的等塑性。

c).焊接接头的工艺性。

即可施工性：便于焊接、检查，坡口适合于焊接加工，焊缝具有较高的抗裂性和防止变形及其它缺陷。

d).焊接接头的经济性。

③推荐采用的镍材焊接接头形式：厚度为2.4～6mm的镍板材对焊时宜采用80°开口的单面V型接头，钝边应为1.8mm；厚度为5.5～9.6mm的镍板材对焊时宜采用30°开口的单面U型接头，钝边应为2.7mm；厚度为9.6～16mm的镍板材对焊时宜采用开口为80°的V型焊接接头，钝边应为1.8mm；厚度为≥15mm的镍板材对焊时宜采用30°开口的双面U型焊接接头，钝边应为2.7mm。

2. 切割下料与坡口加工：①镍板材料的切割应采用剪切、机械加工或合适的热切割方法(如等离子切割)。

②热切割下的材料，焊接前应采用打磨、切削或其他机械方法将切割边缘的污染区去除。

3. 焊接坡口的打磨与清洗：因氩弧焊的熔化金属基本不发生冶金反应，不能通过脱氧的方法清除各种氧化物和污染，只能通过打磨与清洗清洁表面。

①镍材焊接前，应对坡口及两侧25mm范围内区域进行严格的机械清理，应采用不锈钢刷或磨头打磨、抛光，彻底清除氧化膜、油污和一切含硫杂质；②然后用丙酮清洗剂进行清洗，焊接表面应避免水分的存在，并及时施焊。

4. 焊接场地的环境要求：①焊接场地要求清洁，地面及空间应进行无尘化处理，避免飞尘对施焊过程的清洁度影响；②焊接场地应通风、干燥，应远离敞开式水源地。

③应避免周边环境对焊接场地的污染影响。

Ⅱ.镍材焊接方法及焊接工具的选择：1. 因为镍具有单相组织，在高温中易于生成高度致密的保护膜，焊接时存在焊接热裂纹倾向、焊缝气孔、焊接接头的晶间腐蚀倾向等，焊接时必须采用钨极惰性气体保护电弧焊(又称钨极氩弧焊)。

它是一种以惰性气体氩气作为保护气体，以钨极作不熔化电极的电弧焊方法。

它利用钨极与焊件之间的电弧熔化母材金属和填充丝，形成焊接熔池。

在焊接过程中可用手工或孤立的送丝机送入熔池。

钨极惰性气体保护电弧焊优点有：①惰性气体与任何金属不起化学反应，熔池液态金属几乎不发生冶金变化。

②电弧稳定性相当好，即使在低电流(20～30A)下电弧还能稳定燃烧，特别适用于薄壁焊件和难焊位置的焊接；③电弧热量较集中，熔池金属无氧化还原反应，表面张力大。

是完成单面焊、双面成形打底焊的理想方法之一。

钨极惰性气体保护电弧焊的不足有：①效率较低；②成本较高；③不宜用于厚壁焊件(≤5mm)。

2. 氩气保护的方法：镍材间的氩弧焊接时必须处于氩气(亦可适当加入5%的氢气)的保护之中。

施焊操作部位应采用特制铜材质保护罩充氩气后焊接；单面焊完全焊透时需在下部采用带凹形槽的铜衬垫，通以氩气保护；双面焊应先打底，再多层多道逐步堆焊，操作部位用保护罩充氩气保护焊，下部用铜衬垫，从尚未施焊的下部V型坡口槽内通入氩气保护。

为加强焊接区的保护效果，也可在焊嘴后侧加一辅助输送保护气的拖罩。

3. 焊接工艺参数：镍基材料钨极氩弧焊应采用恒定的直流电、正极接。

焊接电流大小是决定焊缝熔深的最主要焊接工艺参数。

镍材在焊接中过高的焊接热输入后扩大近缝区的敏化温度区间并延长了在高温的停留时间，最终将导致接头热影响区耐蚀性的降低。

应在保证接头各层焊缝良好熔合的前提下，采用尽可能低的焊接热输入，即以较低的焊接电流和较高的焊接速度(与板材厚度有关)施焊，过低与过高的焊接速度均易产生气孔。

采用大电流有利于气体的排出。

具体参数如下：①. δ≤2 mm镍板：电流70～110 A，焊速70～90 mm/分；氩气流量10～15 L/分，喷嘴直径10～12 mm；钨极直径1.6～2 mm，焊丝直径1.6～2 mm；②. δ≤4 mm镍板：电流120～160 A，焊速70～90 mm/分；氩气流量15～20 L/分，喷嘴直径12～16 mm；钨极直径2 mm，焊丝直径2.4 mm；③. δ≤6 mm镍板：电流180～220 A，焊速70～90 mm/分；氩气流量15～20 L/分，喷嘴直径14～18 mm；钨极直径2 mm，焊丝直径2.4 mm；④. δ≤8 mm镍板：电流240～280 A，焊速70～90 mm/分；氩气流量20 L/分，喷嘴直径16 mm；钨极直径2 mm，焊丝直径2.4 mm；⑤. ≤12 mm镍板：电流280～320 A，焊速70～90 mm/分；氩气流量20 L/分，喷嘴直径16 mm；钨极直径3 mm，焊丝直径2.4 mm；⑥操作要求：ⅰ).喷嘴直径在14mm以上，必须内置铜网；ⅱ).所有的焊缝尽可能采用延伸和反面氩气保护焊缝区；ⅲ).钨极距工件的距离保持在1～3mm；ⅳ).焊接时焊丝不得脱离氩气保护区；ⅴ). 延伸保护氩气流量30 L/分，反面保护氩气流量30 L/分。

4. 镍焊丝的选择：为了降低焊缝镍材中的氧、硫及其它有害元素的含量，焊接接头的耐蚀性应与母材尽量一致。

对于纯度高于99.5%的N6材料而言，焊丝的纯度是保证焊缝质量的关键。

为此，要求焊丝为真空冶炼后的拉制材料。

钨极氩弧焊时焊丝直径的大小应取决于被母材金属的厚度，一般直径选择为坡口高度的二分之一。

目前国内的镍焊丝一般采用化学成分≥99.3%镍含量，用于镍转鼓筒体的焊丝直径一般为ф3.2～ф5；用于镍碱杯和熔盐管的焊丝直径一般为ф1.5～ф2.5。