随着现代工业的快速发展,有色金属的应用愈加广泛。蒙乃尔合金(Monel-)为镍–铜合金系列,具有优良的抗酸、碱等腐蚀的能力,在某些介质中，甚至超过了钛等其他防腐蚀性能很好的金属,能在较恶劣的腐蚀介质环境下工作,所以近年来逐渐被用作抗腐蚀性较强的化工行业的设备和管道等结构材料。

镍的化学活性低,氧化初期生成的氧化膜能防止镍进一步氧化和腐蚀,高温时亦保持良好的抗腐蚀性能。镍与其他金属元素形成合金后,力学性能和抗腐蚀、抗氧化性能显著改善。但热导率和电导率有所下降。隆继焊接中也与一般的钢铁材料大不相同,最易出现气孔、未焊透及其裂纹等缺陷,特别是焊接裂纹问题。

Monel-合金在高温下能与空气及空气中的多种杂质元素发生反应,从而破坏和减损材料焊接接头的力学特性。所以,在焊接过程中选择洁净且干燥的操作环境,加强焊缝及热影响区部位的隔离保护至关重要。

Monel-合金的焊接裂纹及成因分析

表1至表4给出了Monel-合金的化学成分、物理性质、力学性能及耐腐蚀性能。

Monel-合金的焊接性能较好,常温下化学性能比较稳定,但在高温时,即对环境气体中的氧、氮、氢以及操作环境中的粉尘.湿度等的污染均有较强的亲和力。随着温度的升高,其化学活性急剧增强,在固态下就有很强的吸收空气中多种杂质元素及粉尘的能力,从而使材料严重脆化或劣化。Monel-合金的优良抗腐蚀性能来源于其表面形成的氧化膜,并取决于氧化膜的完整性和牢固性。当Monel-合金吸收了一定数量的O、H,.CO。等气体杂质后,其力学性能及抗腐蚀性能将急剧下降。使焊缝的薄弱区进一步劣化,形成随即开裂的临界条件。

焊接裂纹及成因分析

(1)施工环境对焊接裂纹的影响通常Monel-合金的焊接性能较好,但随着温度的升高,对环境气体及外界杂质的敏感性,决定了其焊接过程的复杂性和对焊接条件要求的苛刻性。由于Monel-合金在高温环境下的特点,在焊接过程中很容易吸收空气中的一些杂质等,改变焊缝及热影响区的化学成分,破坏材料表面形成的氧化膜,从而使焊接接头的脆性增大,塑性和韧性及抗腐蚀性能降低,进一步发展下去将会在焊缝薄弱区出现裂纹。由于Monel-合金对环境的苛刻要求,所以在大量焊口施工预制阶段,需要设置专门的封闭式洁净场地,并严格控制环境的粉尘污染和空气干燥度。

(2)母材和焊材污染对焊接裂纹的影响在高温状态下焊接坡口表面油污、水分等杂质的存在,极易被Monel-合金吸收,破坏其焊缝的纯度,降低焊缝的力学性能、抗腐蚀能力及抗裂性能。因此,加强对焊接坡口、坡口两侧60mm范围内及焊丝表面清洁度等级的提升及优化,是保证Monel-合金接头焊接质量的重要因素。

(3)焊缝气孔对焊接裂纹的影响试验证明,蒙乃尔合金焊接过程中,气孔是最容易产生的缺陷之一。气孔多集中在熔合线、焊缝中心线附近。隆继气孔部位就是最初期最显现的重要裂纹产生源,尤其是密集型线状分布的气孔危害性极大。防止焊接气孔缺陷产生最关键的环节就是加强对焊接环境洁净度、湿度的控制及加强坡口,焊材表面的清理,提高焊缝区纯氩的内外保护质量"。

(4)焊接裂纹常见形式及原因分析由于Monel-合金热膨胀系数小,热变形量以及相变时产生的体积变化均很小,本身硫、磷、碳等杂质含量很低,焊接过程中没有形成裂纹的明显趋势。但当焊接过程焊缝吸收一定数量的气体杂质时,焊缝及热影响区的性能将变脆,如果焊缝在组对等环节有应力存在,将会产生焊接冷裂纹。同时,氢原子具有向较低温度的热影响区内的高应力部位扩散及聚集的特性,促使这些部位形成较为薄弱的环节,因此,可能导致焊接延迟裂纹的产生。当含倾里朴B硅量增加到一定程度时,焊接性变得很差,而硫、磷及低熔点金属以液态薄膜的形式存在于界面,则形成很大的收缩力,也易促使热裂纹倾向的加剧。

此外,焊接时的高温波动易引友呱汉社险年新发现的一种裂纹形Am在茜量的变化,如化了热应力作用外,还有材料本身内在质量的变化,如化合物逐渐析出、积聚和延伸,出现堆积性薄弱边缘而致裂。实际上它也含有其他裂纹形式的要素。

焊接方法与前期准备工作

由于Monel-合金材料本身对于气体杂质敏·感,易导致局部趋弱而形成裂纹;吊戏的g险选用了适用于高质量容器的焊按。以护的手工钨极氩焊接热输人低,便于进行焊缝气体保护的手工钨极氩弧焊;利用较大口径的焊枪喷嘴和焊缝内外表面保护拖罩充氩的方式进行空气隔离,以达到焊缝不被氧化和吸收有害气体的目的。是背面充氩保护十分重要。由于焊件坡口区域和焊丝表面存在油污、水分及氧化膜等杂质,在焊接过程中易造成焊接缺陷,尤其是微裂纹或隐裂纹。因此,焊前必须对焊接坡口及两侧60mm范围内表面进行严格清理。现场多采用化学清洗方法,清洗液的配方见表5。

在某化学工程中对所焊接的三台中小型化工容器对接焊缝,进行了%的X射线无损探伤,经查一次合格率达到97.6%,其缺陷部分经一次性返修亦全部达到规定要求。实践证明了上述焊接工艺的可行性，焊接过程中不断加强焊缝动态性质量监测和检验也是极为重要的环节。为国内同类材质设备及管道的焊接积累了一定的经验。