崇义N02201纯镍Ni201的焊接问题及解决方法

在某熔盐生产反应器制造中，核心部件是耐腐蚀和耐高温性能的崇义纯镍NI201板，此过程需要纯镍材料的焊接。

纯镍Ni201的焊接性良好，相当于铬-镍奥氏体不锈钢，但液态焊缝金属流动性差，其可焊性与碳钢相比较差，需要制定合适的焊接工艺规范，才能获得较为良好的焊接接头。特别是焊缝金属的热裂纹和气孔及焊接热影响区有晶粒长大倾向，这是镍201焊接中存在的主要三大问题。

纯镍焊接问题1：热裂纹

纯镍NI201焊接时，由于S、Si等杂质在焊缝金属中偏析，S和Ni形成低熔点共晶。焊缝金属凝固过程中，低熔点共晶在晶界间形成一层液态薄膜，并在焊接应力的作用下形成凝固裂纹。焊接过程中Si和氧等形成复杂的硅酸盐，在晶界间形成一层脆的硅酸盐薄膜，并在焊缝金属凝固过程中或凝固后的高温区形成高温低塑性裂纹。因此S、Si是镍201焊缝金属中最有害的元素。

防止热裂纹产生的措施方法：首先尽量降低焊缝金属中S、Si等杂质的含量，严格清理焊前坡口区域和焊丝等，严格控制母材中杂质的含量；其次向焊缝金属中添加适量的Mn、Nb、Mo、Ti等元素，以抵消S、Si等杂质的有害作用。另外，采用小线能量焊接非常必要，焊前不预热，层间温度应尽量低。

纯镍焊接问题2：气孔

焊接纯镍Ni201时，气孔是个较难解决的问题，特别是焊接纯镍和镍-铜合金如崇义MONEL400合金时更为严重。这是由于液态镍和镍合金焊缝金属黏度较大，张力也较大，导致气体上浮逸出困难，因此出现气孔的机会较多。镍合金焊缝金属的气孔有H2O气孔、氢气孔和一氧化碳气孔，其中以H2O气孔为主。由于液态镍能溶解大量的氧，而凝固时氧的溶解度大幅度减小，使凝固过程中过剩的氧将镍氧化成氧化亚镍（NiO）。氧化亚镍和液态金属中的氢发生反应，镍被还原，而氢和氧结合成H2O。H2O来不及逸出，又因熔合线处和收弧、引弧处冷却快，在该处出现气孔。

解决气孔的方法：

（1）通过焊条或焊丝向焊缝金属过渡脱氧剂，如钛、铝、锰等，降低焊缝金属的含氧量，防止形成氧化亚镍（NiO）。焊条电弧焊采用碱性低氢焊条，以减少焊缝金属中氢、氧的含量。焊条要充分烘干，采用直流反接，用短弧焊。

（2）焊前严格清理焊件、焊丝，清除焊件表面的氧化膜、油脂、油污、涂层及颜料等。

纯镍焊接问题3：焊接热影响区有晶粒长大倾向

纯镍Ni201为单相态，有晶粒长大倾向，加之导热性差，焊接热不易散出，容易过热，造成晶粒粗大，使晶间夹层增厚，减弱了晶间结合力，降低焊缝和热影响区的塑性、抗腐蚀性能，并加长焊缝金属的液、固相存在的时间，进而增强热裂纹的形成。

防止晶粒长大的措施：采用小的线能量进行焊接，电流小，焊接快，焊条不做横向摆动，不预热，层间温度尽量低，焊后可进行强制冷却。

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