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1引言由于9Ni钢具备优秀的归纳功用和价值上风，因而在宇航、火油、化工、造船、海工、电力、冶金、死板和核能等范围获得遍及运用。本文以盐下油气模块项目制作为后台，在该项目中9Ni钢不光请求高的强度、优越的低温韧性，并且还请求在确定油气前提下具备抗SSC(硫化物应力腐化)的特点，因而针对9Ni钢管系的焊接工艺施行了钻研。29Ni钢的焊接性剖析9Ni钢由美国INCO公司于20世纪40岁月开垦研发，是Ni元素含量9%的中合金钢（低温韧性也许到达-℃）。相关于奥氏体不锈钢和奥氏体铁-镍合金，9Ni钢成本更低且强度更高；相关于铝合金，9Ni钢具备更好的综协力学功用。但其材质自己又具备易磁化、难消磁的特点，对焊接工艺的请求极其严峻。上面要紧对9Ni钢的焊接性施行剖析。2.1冷裂纹采取高镍型和中镍型焊条焊接9Ni钢时，通常不产生冷裂纹；采取低镍高锰型焊条时，焊接工艺前提失当，如采取太小线能量和受潮焊条，则有产生冷裂的也许性。在此状况下，冷裂纹的产生有三个方面。2.1.1熔合区涌现强硬层。9Ni钢自己含碳量不高（≤0.10%），焊接时本不会产生强硬机关，但假若采用含碳量较高的焊材也会因熔合、分散使熔合区含碳量增高而产生强硬层。2.1.2氢含量过高，氢在强硬层中累积是由于焊缝坡口邻近不洁（有油、锈污等杂质）。2.1.3焊接磋议应力召集，包含机关应力、热应力和腼腆应力。2.2热裂纹不论是高镍型或中镍型，仍旧低镍高锰型焊条，在焊接9Ni钢时都存在热裂纹题目，个中以高镍型最严峻。其缘故是合金中含有S、P等元素，极易与镍产生低熔点共晶物，产生晶间偏析；此外C和Si还会促进S、P等元素偏析。尤为在纯奥氏体机关中，杂质在晶界上散布是不断的。2.3低温韧性下落低温韧性的消沉要紧有两方面：2.3.1焊接材料的影响：焊缝金属及熔合区的化学成份与焊材相关，假若焊材含碳量高，也许Ni-Cr当量般配以及焊材与母材熔合后的Ni-Cr当量搭配落在不锈钢机关图中含马氏体的地域内，都市引发低温韧性下落。2.3.2焊接线能量和层间温度会变动焊接热轮回的峰值、温度，进而影响热影响区的金相机关。如峰值温渡过高，会使逆转奥氏体削减并产生粗壮的贝氏体，进而使低温韧性下落。2.4磁偏吹电弧磁偏吹会产生焊缝熔合不良，严峻影响焊接原料。9Ni钢具备高的导磁率和较高的剩磁感触强度，是以焊接进程中较简单产生电弧的磁偏吹形势。通常状况下，当带磁性管子采取直流法子（手工直流电弧焊、手工直流氩弧焊等）打底焊时，格外是打底焊的初始焊部位磁偏吹形势对照罕见，填充和盖面焊接时通常不存在此形势。39Ni钢的焊接题目小心办法3.1冷、热裂纹偏向的小心冷裂纹产生的缘故是应力、淬硬机关和焊缝金属分散氢含量；热裂纹的产生则与应力、杂质和化学成份相关。因而焊接材料的取舍相当要紧。经过剖析发觉NiCrMo-3型焊材对9Ni钢的焊接有较大上风。3.1.1NiCrMo-3型焊材中的镍合金与9Ni钢在室和蔼高温下的线膨胀系数相近，进而防备因加热不平匀的热胀冷缩产生的热应力。3.1.2NiCrMo-3型焊材中Ni含量高达55%～65%，含碳量与9Ni钢相近，均为低碳型，琢磨母材对焊缝金属的稀释效用，仍有充裕高的奥氏体机关防备熔合线涌现硬脆的马氏体带。3.1.3.NiCrMo-3型焊材具备低碳性（含碳量≤0.1%），在F-C合金相图中处于很小的“脆性温度区间”，以及高纯度（含S≤0.03%，P≤0.02%），低含氢量等特点。因而可知，采取NiCrMo-3型焊材可供给消沉9Ni钢焊缝冷、热裂纹偏向的基础前提。因而，在严峻操纵分散氢含量的前提下，采用NiCrMo-3型焊材可基础防备9Ni钢的焊接冷、热裂纹偏向。3.2焊接磋议低温韧性的保证焊接磋议包含焊缝、熔合线和热影响区，焊接磋议的低温韧性题目通常涌如今焊缝金属、熔合区和粗晶区，焊缝金属的低温韧性要紧与采取的焊接材料表率相关。用与9Ni钢成份不异的焊接材料焊接9Ni钢时，焊缝金属的低温韧性很差，这主若是焊缝金属中的含氧量过高，因而焊接9Ni钢的材料每每采用Ni基、Fe-Ni基焊条。采取NiCrMo-3型焊材焊接9Ni钢时，每个地域的化学成份和金相机关各不不异。个中焊缝金属为奥氏体机关，具备优秀的低温韧性；在熔合区由于焊材的含碳量与9Ni钢基事实同，含Ni量高达55%以上，可灵验防备碳转移，防备熔合区产生脆性机关，进而保证熔合区低温韧性；热影响区，在℃以上峰值温度的热轮回效用下，会产生粗壮的马氏体和贝氏体机关，逆转奥氏体削减，使低温韧性下落。因而，应尽管操纵线能量并采取多道焊，以削减高温停顿工夫。因而可知，采取NiCrMo-3型焊材焊接9Ni钢时，焊接磋议的低温韧性要紧取决于焊接热输入和焊缝金属结晶进程的冷却速率。3.3征服磁偏吹的法子3.3.1变动母材接地线部位：接地线不能远间隔接在母材上，应直接引至坡口邻近（或直接放在坡口上），使电流在母材上产生的电流回路尽管短。3.3.2在坡口上方（不是坡口根部）采取且则点焊几处定位焊缝，将坡口双侧磁场短路，定位焊缝待打底焊至该部位时用砂轮机磨掉。4实验材料及法子4.1实验材料实验母材采取HENGYANGVALIN钢管有限公司临盆的9Ni钢（直径.6mm，壁厚50.8mm），化学成份见表1，力学功用见表2。
表19Ni钢管的化学成份（wt%）
型号
C
Si
Mn
Cr
Mo
Cu
Ni
9Ni钢
0.05
0.21
0.57
0.
0.
0.
9.24
Al
S
P
0.02
0.
0.
表29Ni钢管的力学功用
抗拉强度
Rm/MPa
顺从强度
Rp0.2/MPa
伸长量
A/%
攻击功（-℃）
KV/J
屈强比
%
27.5
，，
93
4.2焊接法子凭借产物的本质状况，打底焊采取钨极氩弧焊（GTAW），填充焊、盖面焊层采取手工电弧焊(SMAW)，焊接材料采取NiCrMo-3型焊材，详细化学成份见表3。
表3焊材的化学成份（wt%）
型号
C
Si
Mn
S
P
Cr
Ni
Mo
ERNiCrMo-3
0.01
0.04
0.03
0.
0.
22.2
64.3
9.3
ENiCrMo-3
0.02
0.36
0.4
0.
0.
22.7
63.6
8.8
5焊接工艺评定5.1焊前筹备5.1.19Ni钢管的切割以及坡口加工尽管采取死板加工的法子，也可采取气割或等离子下料和制备坡口，加工或切割后的坡口应施行打磨。5.1.2因本次评定哄骗的管材壁厚较大，应策画适合的坡口型式，琢磨削减坡口面积和焊接变形，同时抬高焊接效率和削减Ni基焊材的耗费成本，决议采取图1所示的坡口型式，空隙2～4mm，钝边0～2mm。5.1.3坡口加工告竣后应施行外面审查，不得有裂纹和分层，不然应施行补缀。5.1.4坡口及其双侧各20mm局限内运用死板法子及有机溶剂施行表面整理，排除表面的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其余污物。
图1坡口细节
5.2焊接递次及焊道安置打底层采取氩弧焊的法子焊接，为了保证根部焊道成形和手工电弧焊填充涌现烧穿形势，打底焊最少要焊两层，焊肉厚度最少到达6mm，采取手工电弧焊填充。焊层安置递次如图2所示。
图2焊道安置图
5.3焊接工艺参数热输入量为单元长度焊缝所采用的能量，是影响焊接热轮回的要紧要素，也即是说操纵热输入是保证死板功用和SSC(硫化物应力腐化)实验的关键。详细焊接参数，见表4。
表4焊接参数
焊道编号
焊接法子
焊材
型号
规格
(mm)
电流
(A)
电压
(V)
焊速
(mm/min)
1～2
GTAW
ERNiCrMo-3
2.4
～
15～16
50～70
3～61
SMAW
ENiCrMo-3
3.2
80～
19～23
～
5.3.1因镍基焊接材料焊接的焊缝金属的熔点比9Ni钢低℃左右，易产生坡口边际和焊道间未熔合等缺点，因而焊接进程中弗成随便引弧，更不准许在坡口外起弧，防备电弧击伤母材。5.3.2在焊接管弧时确定要填满弧坑，在收弧处多停顿片时，防备产生弧坑裂纹。如涌现弧坑裂纹，应当即打磨责罚。5.3.3为了保证9Ni钢的低温韧性和SSC实验成效，焊接热输入量的操纵格外要紧，焊接电流不宜过大，宜采取加紧多道焊以削减焊道过热，并经过量道焊的从新加热效用细化晶粒。多道焊时要操纵层间温度，应采取小热输入施焊，热输入量应操纵在20kJ/cm下列，多层焊层间温度低于℃，防备磋议过热。6实验成效与剖析6.1无损试验焊接结尾后对试件施行外面试验，焊缝及热影响区未发觉咬边、表面气孔、裂纹、夹渣等缺点，焊缝余高0.5～1.5mm，焊缝与母材油滑过渡；试件经射线探伤也未发觉裂纹、未熔合、未焊透、夹渣等缺点，焊接磋议原料满意准则请求。6.2拉伸实验拉伸实验将拉伸试样静止在WE-型全能实验机上，尔后对其施加拉应力，产生试样轴向伸长直到破断为止，是掂量材料强度的要紧目标。实验成效如表5所示。
表5拉伸实验成效
试件编号
拉伸强度（MPa）
断裂场所
1
母材
2
母材
凭借实验成效也许看出拉伸实验成效满意榜样请求。6.3盘曲实验盘曲实验是审核材料蒙受变形的技能，将加工好的准则盘曲试样在WE-型全能实验机赶上行盘曲实验。凭借榜样请求取4个侧弯试样，用63.5mm的压头直径施行盘曲实验，盘曲角度°，在盘曲后的试样表面无裂纹且在职何方位上无长度大于3mm的其余缺点，实验成效满意榜样请求。6.4攻击实验攻击试验是将攻击试样放在JB-30B攻击实验机上，用攻击载荷使贯串面的刻槽处产生破断，以此破断处单元面积上所耗费的攻击功来肯定焊接磋议的攻击功用。本次攻击实验采取-℃的夏比型攻击，在距焊缝表面1～2mm场所取样，缺口场所离别位于焊缝中央、熔合线、熔合线1mm、熔合线2mm、熔合线5mm，实验成效如表6所示。
表6攻击实验成效
缺口场所
单个攻击值（J）
平匀攻击值（J）
焊缝中央
89、78、76
81
熔合线
80、82、76
79
熔合线+1mm
、91、
熔合线+2mm
78、99、85
87
熔合线+5mm
、98、
凭借攻击成效也许看出攻击值均满意榜样请求（-℃≥41J）。6.5宏观及硬度实验6.5.1焊缝宏观断面审查发觉焊缝绝对焊透、无裂纹等缺点，宏观试样见图3。
图3宏观试样相片6.5.2离别对焊接磋议的焊缝金属、热影响区和母材的硬度施行丈量，硬度值如表7所示。
表7硬度实验成效
取样场所
硬度值（HV10）
焊缝金属
～
热影响区
～
母材
～
6.6SSC(硫化物应力腐化)实验取3个准则焊接板状试样，在25℃不断充99.2%CO2和0.8%H2S醋酸溶液（初始PH=3）中，以4点盘曲加载80%顺从强度（σs=MPa）效用下，浸泡小时，试样均未断裂。在10倍强调镜下调查未发觉裂纹，根据响应的准则断定该批试样硫化物应力腐化实验及格（见图4）。
图4浸泡腐化以后压应力试样表面描摹
7论断7.1采取钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充、盖面，合营ERNiCrMo-3焊丝、ENiCrMo-3焊条焊接9Ni钢，在公道的焊接工艺前提下，也许获得高原料的焊接磋议。7.2焊接工艺评定实验的各项功用目标均合乎手艺请求，基础操纵了9Ni钢的钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充、盖面的管系焊接手艺，为此后提拔临盆供给了贵重阅历。
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