某公司甲醇精制项目上所使用的压力管道材料为N镍基合金，为了确保产品制造质量，在焊接前对该材料进行了焊接工艺评定试验。
1N材料的特性
N合金是一种含铬量较高的镍合金，ＡＳＭＥ标准中牌号为UNS。N合金在许多腐蚀性水介质和高温气体中都具有良好的耐腐蚀性能。除了具有良好的耐腐蚀性能外，N合金还具有较高的机械强度、良好的冶金稳定性和机械加工性能。
N合金由于铬含量比较高，因此该合金在氧化性介质和高温氧化性气体中具有很好的抗氧化性能。另外，合金的高镍含量也提高了该合金在含氯介质和氢氧化钠溶液中的抗应力腐蚀性能。这种材料广泛应用于各种热工过程、化工过程及核电等领域，如硝酸装置中的尾气再热器、奥氏体不锈钢酸洗液用的加热盘管和储罐、核电装置中的蒸汽发生器、硫酸生产用的燃烧器和管道、放射性废弃物处理用设备、以重油为燃料的加热炉用零部件等。
N合金是具有高强度和高韧性的奥氏体合金，其化学成分和力学性能见表1和表2。
2.N材料的焊接性分析
2.1焊接热裂纹
镍基合金对热裂敏感性高的原因是合金在凝固时，由低熔点共晶物或低熔点化合物形成的液态膜残留在晶界区，在收缩力的作用下而产生开裂。而S、P、Pb、Zn等是造成晶间低熔点液态膜的主要元素。所以在焊接时为了防止热裂纹应采取以下措施：焊接过程中，必须严格限制有害杂质的侵入，焊前必须对母材和焊丝进行严格清理，彻底去除油脂和附着污物；焊接时，选用比较低的线能量，采用小直径焊丝、小电流、快速焊、多层多道焊，且焊接时不要摆动，以减小电弧热输入；降低层间温度，加快焊缝冷却的速度，高的层间温度会导致焊缝及热影响区的过热和奥氏体晶粒的长大，从而影响焊缝的耐腐蚀性能及焊缝的塑性和韧性；尽可能降低焊缝和焊材中S、P杂质的含量。
2.2焊缝中的气孔
焊接时，坡口、近焊区及焊材上的油污、涂料、氧化物等污物不仅是产生热裂纹的根源，也是产生气孔的主要原因。另外，采用氩弧焊时，氩气流量不合适或氩气纯度太低，也会产生气孔。因此，焊接时周围工作区环境的洁净程度、焊前对坡口的清理工作就非常重要。焊前，一般对坡口及两侧（25mm）用不锈钢丝刷进行彻底清理，使其露出金属光泽，并严格用丙酮进行擦洗。焊接用氩气纯度在99.99％以上。焊接时，正面的氩气流量控制在12-14L/mm，背面的氩气流量控制在17-18L/mm。
3N材料的焊接
3.1焊接方法
N具有良好的焊接Ｉ生能，为了获得最佳的耐腐蚀性能，推荐选用手工钨极氩弧焊（GTAW）。电源极性为直流正接。保护气体采用％Ar，纯度为99.99％。
3.2焊丝选择
焊丝选择ERNiCrFe-7，规格为直径2.4。该焊丝符合ANSIAWSFA5.14和AWSFA5.14的相关要求。ERNiCrFe-7焊丝的化学成分如表3所示。
3.3坡口制备
坡口加工应用高压水切割或水下等离子切割，用坡口机加工坡口，若用等离子加工，则污染面必须用机械方法打磨光亮，打磨时不能再出现过热的表面。
镍基合金焊接熔池的粘滞性大，流动性差，熔深浅。因此，为了利于焊透和防止坡口边缘产生未熔合，坡口采用V形且坡口角度较大些，钝边要薄一些，根部间隙稍宽（一般不小于焊丝的直径），其具体尺寸如图1所示。
3.4焊前清理和焊接保护
镍基合金材料表面存在难溶的氧化膜，如氧化镍，其熔点为℃，而N的熔点在℃左右，若焊前不采用适当的方法清除表面氧化膜，焊接时易使氧化膜成为焊缝的夹渣物而影响焊缝质量。所以，焊前必须对坡口及两侧（25mm）用不锈钢丝刷进行彻底清理，使其露出金属光泽，并严格用丙酮进行擦洗，清除油污等含S、P污物。
焊接过程中，加强对高温熔池和高温焊道的保护，保证熔池和焊丝热端始终处在喷嘴的氩气保护之下，防止焊缝金属的氧化。打底焊时，背面必须充氩保护，可采用局部充氩保护措施（两端坡口内侧贴水溶性纸），见图2。
管道充氩开始时，流量适当加大，待管内空气排干净后方可施焊。焊接时，氩气流量逐步降低，避免氩气流量偏大，管内压力偏高而造成焊缝背面在成型时出现内凹或根部未焊透现象。
3.5焊接工艺参数
焊接采用手工钨极氩弧焊（GTAW），钨极直径3.0mm，喷嘴直径18mm，氩气纯度≥99.99％，氩气流量为12-14L/min．焊丝为ERNiCrFe-7，直径2.4mm；电流种类及极性采用直流正接，焊接电流为-A，焊接电压为10-14V，焊接速度为-mm/min
3.6焊接顺序
焊接采用多层焊，其焊接顺序如图3所示。封底焊道要熔透、成形均匀，以有利于耐蚀性要求。
3.7焊接过程要求
正式焊接前进行定位焊，定位焊工艺与正式焊的焊接工艺参数相同，定位焊后对焊点进行表面检查，不允许存在裂纹等缺陷，并清除焊点表面氧化物。
焊接过程中的表面裂纹、气孔等缺陷应在熔敷下一焊道前打磨消除，每道焊道表面的氧化物应用不锈钢丝刷逆向强力去除。
施焊过程中，严格限制焊接线能量和层间温度，线能量小于10kJ/cm,层间温度控制在℃以下。
焊接过程中,熔池和焊丝热端要始终处在喷嘴的氩气保护之下，高温焊道用拖罩保护，保护气体提前5s给出,熄弧后延时5s停气。
施焊时，焊丝不得横向摆动。
4N合金的焊接检验
焊后焊缝按JB/T和设计图样要求进行外观检验、%RT和%PT,内部质量符合JB/T-II级要求，表面质量符合JB/T-I级要求。
产品试板进行力学性能检验。拉伸试验:σb=MPa;弯曲试验:面、背弯(D=4a)°。试验结果:完好无开裂。
5结束语
由焊接工艺评定的结果可知，所选择的焊接方法、焊前清理和保护措施及焊接工艺参数合理、可靠。采用上述工艺参数施焊的焊接接头力学性能良好，各项性能指标满足设计技术要求，此焊接工艺参数可以应用到生产实际中。采用该焊接工艺制造的压力管道已经投人运行，现场4年来的使用情况表明，该产品工作稳定，性能可靠，保证装置的长周期稳定运行。
