氩弧焊焊铜怎么焊(焊接工艺——镍-铜合金焊接工艺总结)

1.前言

镍-铜合金B165 UNS N04400是化学、石油化工、有色金属冶炼、航天及核工业等领域中各种苛刻耐腐蚀环境中比较理想的金属材料。该材质是神华宁煤硫回收装置的焊接中我公司首次遇到。该材质的管子及管件全部由国外供货，其管内介质为氧气，焊接要求极其严格。

2理化性能分析

镍-铜合金B165 UNS N04400是一种单相固溶体Ni-Cu合金，是在镍元素的基础上加入铜元素，它在很多介质环境下有良好的耐蚀性能，从轻微的氧化性介质环境到中性环境，到适宜的还原性环境，都有良好的耐蚀性能，虽然对氯离子应力腐蚀开裂具有很好的抵抗力，但是在有汞或潮湿暴露的氟化氢气体的环境中会产生应力腐蚀开裂，此时要注意对材料进行消应力热处理。其化学成分及机械性能见表1及表2

3焊接性能分析

和低碳钢，不锈钢相比，镍-铜合金B165 UNS N04400的焊接有奥氏体不锈钢焊接发生的类似问题，如焊接热裂纹，焊缝气孔等。在镍及镍基金属当中，特别是镍-铜合金B165 UNS N04400和纯镍一样，在焊接过程中易出现未焊透现象。

3.1 焊接热裂纹

镍-铜合金B165 UNS N04400镍和铁的二元共晶物中有较多的低熔点金属共晶物和非金属共晶物。特别是硫、磷共晶熔点比镍铁低的多（Ni-S为645℃、Ni-P为880℃），在焊缝结晶时低熔点的共晶物的液态薄膜残留在晶界区，同时镍-铜合金B165 UNS N04400的线膨胀系数大，焊接时易出现较大的应力，焊缝结晶时低熔点共晶物的液态薄膜在收缩应力的作用下容易发生开裂形成热裂纹。

3.2焊接气孔

镍-铜合金B165 UNS N04400的固液相温度间距小，流动性偏低，在焊接快速冷却凝固结晶过程中，气体来不及逸出易在焊缝中产生气孔。和低碳钢，低合金钢相比，氧化性气体对焊缝的形成气孔的几率较大，但还原性较大时对氢气孔也有一定的敏感性。特别是在横焊和仰焊位置，气体更不容易从焊缝中逸出，因此固定口的焊接中出现的几率更大。镍-铜合金B165 UNS N04400对清洁度的要求很高，如果在焊接过程中坡口和焊丝中的油污、铁锈、油漆等没有清理干净，不仅会产生焊接热裂纹，也会出现大量的气孔。气体纯度不够或流量不合适也是产生气孔的主要原因。

3.3 未焊透

由于镍-铜合金B165 UNS N04400 熔池的流动性差，在焊接过程熔滴不能及时过渡到所需要的位置。特备是在氩弧焊打底收弧时，根部出现一个很深的弧坑影响透视，此时一定要适当较小背面氩气的流量，同时适当增加焊接点电流，以便熔滴顺利过渡到所需要的位置，但电流不能过大，电流过大可能使焊缝出现热裂纹。

4焊接工艺

4.1焊接方法的选用

镍-铜合金的一般可采用手工钨极氩弧焊、手工焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等手法，也可采用埋弧自动焊的焊接方法。但为确保此次管道的焊接质量，我们采用全手工钨极氩弧焊的焊接方法。由于镍-铜合金B165 UNS N04400的焊接金属流动性能较差，操作时要求焊工手法熟练，弧长尽可能短，将熔滴及时准确的送到所需要的位置上，焊接时要控制线能量，避免焊缝区过热，不要通过加大线能量来增加焊缝的焊透。

4.2焊接材料的选择

焊接材料的选用应根据焊接的化学成份、力学性能、使用条件和施焊条件综合考虑。同种材料焊接易选用和母材合金系相同的焊接材料,若没有耐腐蚀性能要求也可选用与母材合金系不同的焊接材料,但要保证焊接接头具备设计要求的性能。与奥氏体不锈钢（316L）的焊接应根据焊缝强度、耐腐蚀性、线膨胀系数、高温性能、焊接裂纹和气孔的敏感性来考虑。

同种镍-铜合金B165 UNS N04400 的焊接，焊丝选用ERNiCu-7；镍-铜合金B165 UNS N04400和TP316L的焊接，焊丝也选用ERNiCu-7 焊丝的化学成份及熔敷金属的机械性能见表3和表4，需用选用氩气作为焊枪及管内的保护气体，为避免气体对焊缝性能的不利影响，应确保氩气不低于99.99﹪。

4.3焊前准备

4.3.1 焊接坡口的制备

熔化焊时，由于镍-铜合金有低熔透性的特点，且焊接过程中又不能通过加大焊接线能量来增加焊缝的焊透性，所以要选用大坡口角度和小钝边的接头形式，如图1

坡口角度α=80±5°、钝边p=0.5～1.5mm、组对间隙с=1.8～2.1mm；

4.3.3 焊件的清理

清洁成功是焊接镍铜合金的主要条件之一，铅、硫、磷和某些低熔点的元素能增加焊接的热裂纹倾向及焊接气孔的产生。因此焊件组对前，应对坡口两侧各50 mm范围内进行清理。油污可用蒸汽脱脂，对不溶于脱脂剂的漆和其他杂物，可用氯甲烷、碱等清洗剂清洗，标记墨水可用甲醇清除，被压入焊件表面的杂物可用磨削、喷丸或10％盐酸溶液清洗。并用水冲净，干燥后方能焊接。在清理过程中，可运用不锈钢刷，以避免铁污染。不仅如此，在焊接前还应当把所用的焊丝用沙纸打磨，使其露出金属光泽。

4.4焊接工艺参数

电弧特性:手工钨极氩弧焊-直流正接；钨极材料：铈钨极；钨极直径：Φ2.5mm；喷嘴直径：Φ14mm；层间温度≤100。C，根据焊接工艺指导书及焊接工艺评定实验结果，制订实际焊接工艺参数如表5

4.4焊接操作

4.4.1施工现场GTAW≥2m/s、温度低于0℃、雨雪天及相对湿度大于90%，没有防风措施禁止施焊。

4.4.2对于小直径的管子，焊接中宜采取在焊缝两侧加装冷却铜块或用湿布擦拭焊缝两侧等措施，减少焊缝的高温停留时间，增加焊缝的冷却速度。

4.4.3 点位焊和打底焊采用的手工乌极氩弧焊必须管内充氩保护，氩气纯度必须≥99.99﹪。

4.4.4定位焊

(1)定位焊点数不能小于三点,每处长度约10mm。

(2) 为避免应力集中，定位焊时要采用对称点焊，尽量减少固定焊口且要避免强制组对。

(3)定位焊缝必须焊透，如果定位焊缝上出现裂纹、气孔等缺陷，必须将此段打磨掉，重新焊接此段定位焊缝，不允许用重熔的方法修补。

4.4.5打底焊

(1) 送丝 焊丝在氩弧保护区内往复继续的送进熔池。因为镍-铜合金的熔滴流动性差，送丝必须速度稍快，动作敏捷，准确的把熔滴送到所需要的位置。在整个施焊过程中，焊丝受热的端部不能离开熔池氩气保护区内，以免氧化，影响焊接质量。

(2) 收弧 必须用焊枪对熔池进行延时气体保护约20秒。

4.4.6填充及盖面

(1)焊接工程要保持清洁，做好层间的清理工作

(2)做好层间温度的控制，每层焊完后，可采用测温笔测量焊道温度，待层间温度小于100℃时，进行下一层的焊接。在没有后测温的情况下，可以用手测温，以焊道不烫手为止。

(3)在用氩弧焊第一遍填充时，必须管内继续充氩保护，充氩遍数不小于2遍。

(4)施焊操作过程中，尽量采用小的线能量、短弧焊、低的层间温度、多层多道焊的操作方法。

(5)焊件表面严禁有电弧擦伤，且不得在焊件表面引弧和熄弧，焊接熄弧时应填满弧坑，并应磨去弧坑缺陷。

4.4.7焊后检查 焊接完毕后，应及时将焊缝表面的熔渣及表面飞溅物清理干净。焊缝要成行良好，焊缝余高控制在0.6-2.0mm之间。外观检查合格后，对焊口进行100％RT检测。

5 焊接过程控制

镍-铜合金的焊接必须严格控制焊接过程，为满足焊接要求，提高焊接质量，特制订以下控制措施：

（1） 焊工在施焊前，要进行专门的培训和考试，考试合格且进行技术交底后，方能进行施焊。

（2） 每个焊口组对后,要经检查员和监理确认后方可进行焊接。

（3） 焊接过程中焊工要作好焊接施工记录，层间温度要控制在100。C以内。

（4） 焊接完成后，焊工要及时清除熔渣、飞溅、弧坑裂纹及防飞溅涂料，并对焊缝外观质量进行自检，质检人员根据自检记录进行检查，检查合格后应在单线图上进行焊口标识。

（4） 焊缝无损检测后如不合格，由检测部门发出“焊缝返工通知单”并指出准确的缺陷位置，由焊接联络员通知焊工进行返工，并按规范要求做好返工记录。

（4） 对经过一次返工仍不合格的焊缝，再进行返工时，由质保工程师组织专业人员讨论、分析原因，选派合格焊工施焊，并做好返工记录。

（4） 同一部位的焊缝返修次数不应超过两次。若超次返修应分析原因、制定措施，并应得到焊接工程师的许可，方可进行返修。

6 结论

通过以上分析可知：镍-铜合金B165 UNS N04400焊接性较差，必须严格执行工艺措施，才能保证获得最佳性能的接头，在焊接中尤其须注意以下几个方面。

焊接环境的影响。我们的焊接施工多是在恶劣的环境条件下，不合理的焊接位置，风、雨、雪，灰尘等都会对焊接质量造成不利影响。因此施工管理一定要做到周到细致。

焊前必须把坡口清理清理干净。镍-铜合金B165 UNS N04400的焊接对管道清洁度较高，不能保证清洁度，就不能保证焊接质量。

焊接过程中必须严格控制焊接线能量和层间温度。焊接时易采用小电流、低电压、快焊速、多层多道焊的焊接方法。

管道的焊接必须使有经验的焊工担任。由于镍-铜合金B165 UNS N04400可焊性较差，焊工不宜掌握，本工程有求焊口100﹪RT检测，要求焊工严格工艺要求，焊接工程师，焊接检查员随时检查指导焊接工作。