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摘要：通过对蒙乃尔材料的基本特性和焊接性的研究分析，针对蒙乃尔400合金容器的焊接，从坡口加工与清洗、焊接方法与焊接材料、焊接工艺参数以及焊接过程中的注意事项等方面进行研究，最终确定了蒙乃尔400合金容器的焊接工艺。解决了焊接中热裂纹和气孔问题，保证了焊缝较高的一次合格率。

Ni和Cu可以任何比例混合而成固溶体合金，称为蒙乃尔合金。蒙乃尔400（国内牌号：NCu28-2.5-1.5）是一种单相固溶体Ni-Cu合金，该合金既具有较高的强度和韧性，又具有优良的抗还原酸及强碱介质和海水等腐蚀的性能，同时也具有良好的焊接性能。我车间承担了一批蒙乃尔400合金容器焊接工作，车间平时接触蒙乃尔合金焊接较少，缺少相关加工经验。在车间相关专业人员的不懈努力和研究下制定了焊接工艺，并在实际焊接过程中不断分析与改进，最终确保了焊接满足图纸和相关标准的要求，解决了实际生产问题，并确定了针对性的焊接工艺，对车间以后蒙乃尔合金焊接工作具有指导作用。

1、蒙乃尔400合金基本特性和焊接性

1.1、蒙乃尔400合金基本特性

蒙乃尔属于镍铜系列合金，表1至表3为蒙乃尔400合金的化学成分、物理性能和力学性能方面的材质特性。

由上表可得蒙乃尔400合金的强度、冲击韧性较高，延伸性较好，可用在耐腐蚀要求较高的场合。

1.2、蒙乃尔400合金焊接特性

蒙乃尔合金的导热性差、焊接电流过大不仅使融池过热，增大热裂纹敏感性，而且使焊缝金属中的脱氧剂蒸发，出现气孔。为了保证焊接质量，对产生焊接缺陷的原因进行分析：

（1）焊接热裂纹。蒙乃尔合金凝固过程中，在焊缝金属中随着柱状晶的成长使剩余液态金属中溶质元素含量增加，凝固最后阶段在柱状晶间形成低熔点液态薄膜，由于液态薄膜强度低，且变形能力很差，容易产生结晶裂纹。焊缝金属在凝固过程中延性显著下降，容易产生结晶裂纹，焊缝金属的结晶温度区间大小及合金元素和杂志的含量以及凝固过程施加的应变大小和冷却速度快慢及拘束条件都对结晶裂纹敏感性有影响。

（2）气孔的产生。

蒙乃尔合金的焊接时最常见的气孔是H₂O气孔，焊接时形成的NiO₂在1720℃以上能溶于液态镍，但当温度降低到1470℃时，它将逐渐析出，并与溶解于镍中的氢反应，如式（1）

[NiO2]+2[H]=2[Ni]+H2O（1）

H2O在熔池凝固时来不及逸出，即形成气孔。H2O气孔形成于焊道的熔合线附近及起弧和接头处较多。这是因为在焊接过程中焊道周边区域或是引弧和接头处冷却快，结晶速度大，加之这些区域往往保护较差，易形成气孔。2蒙乃尔400合金容器焊接的工艺研究我车间加工蒙乃尔400合金容器体积为0.3L，筒体内径为φ50mm，壁厚3.5mm。根据蒙乃尔合金的焊接特点和容器尺寸、壁厚，制定了相应的焊接工艺，具体实施过程如下：2.1容器坡口加工和清洗容器筒体和上、下封头坡口采用车床加工，坡口表面光滑，組对尺寸控制较好，易清理。加工场地清洁，坡口形式如图1。

焊件表面是否清洁是能否成功焊接蒙乃尔合金的一个重要要求，因此焊接前需用工业丙酮将坡口两侧100mm范围内的油脂、污物等杂质彻底去除。

2.2、焊接方法和焊接材料的选用

采用高热输入焊接蒙乃尔合金焊接时，会产生过渡的偏析，碳化物的沉淀或其他有害的冶金现象，可能会引起热裂纹或降低耐蚀性，在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大，增大了热裂纹倾向。因此必须控制焊接线能量，考虑到容器壁厚为3.5mm，我们采用氩弧焊焊接工艺。该工艺不仅具有较低的热输入，保证焊缝质量，且具有焊接速度快、射线探伤合格率高等特点。

焊接时钨极氩弧焊使用φ1.6mm的铈钨极和φ1.6mm的ERNiCu-7焊丝。焊接接头简图见图2

2.3、焊接工艺参数确定

焊接设备选用直流焊机，手工钨极氩弧焊采用直流正接，焊接工艺参数见表4。

3、巷道围岩松动圈现场实测

目前，松动圈的主要测试技术有：渗流法、深基点位移测定方法、地震声学和超声测井方法。为了对巷道围岩破坏情况有一清楚直观的认识，在3101工作面的回采巷道两帮打水平钻孔，采用较为先进的电视成像技术观测巷道围岩破坏情况。巷道松动圈实测成果图如下图2：

在3101运输顺槽右帮破坏深度为1.1m左右；在3101运输顺槽左帮破坏深度为1.0～1.5m；在3101轨道顺槽右帮破坏深度为1.1m；在3101轨道顺槽左帮破坏深度为0.6～0.9m。在设计中，考虑围岩实际破坏深度，并保证有足够的锚固长度，尽量减低支护成本的前提下，帮锚杆长度仍按原设计，即长度为2000mm。

4、支护方案设计与支护参数

对比计算及实测结果，可以看出巷道围岩松动圈范围在0.5～1.5m之间，其中顶板破坏深度为0.58m，两帮破坏深度为1.0～1.5m。根据上述结果，进行巷道的支护设计。

顶板锚杆支护参数设计

（1）锚固方式选定为加长锚固。（2）锚杆杆体选用20MnSi制成的螺纹钢高强锚杆。（3）杆体直径从锚杆支护效果和经济上综合考虑选用φ18mm的螺纹钢锚杆。（4）锚杆长度，从计算结果来考虑，使用长度1.6m的锚杆即可满足设计，但在实际施工中，巷道顶板岩层中除约0.1m～0.2m的泥岩伪顶发生垮落外，在巷道局部地段，1.9m厚的砂岩直接顶也出现不同程度的垮落，这表明这部分岩体也需作为悬吊的对象进行支护，因此，考虑到施工的需要本次设计顶板锚杆选用长度2.0m的锚杆。（5）锚杆排距在巷道两侧均为实体煤为时，排距为1.0m。（6）每排锚杆根数在巷道侧为实体煤时，每排锚杆根数取3根。（7）锚杆支护形式，考虑到靠近断层，本设计采用锚网+钢筋梁支护形式。

5、小结

（1）考虑到回采工作面中间或两侧存有断层影响的可能性，随掘而趋于垮落的伪顶也对顶板锚杆支护的可靠性产生一定影响，应在局部块段实施锚喷支护技术。

（2）关于锚索支护的论述主要侧重在如下两点：①巷道高度达4m左右，直接顶厚度不太稳定，在局部采用锚索加强支护；②采用锚索后支护方式，让其在支护机理上同属于被动支护，呈悬吊与其他配套支护相结合的可靠超前支护体系。

6、焊接过程注意事项

（1）由于蒙乃尔合金的熔深较浅及液态焊缝金属流动性差，在焊接过程中必须严格控制焊接参数的变化，焊接电流过大可能引起如电弧不稳、飞溅过大、并增大热裂纹倾向。因此必须选择合适的焊接电流。（2）为了防止在焊接过程中产生未融合、气孔等缺陷，要求在焊接过程中适当的摆动焊条，摆动的宽度不能大于焊丝直径的三倍，焊条每次摆动到极限位置时要稍稍停顿一下，以便使粘稠的焊缝金属有时间填充咬边。断弧时要稍微降低电弧高度并增大焊接速度以减小熔池尺寸，这样可以减小弧坑裂纹，焊接接口再引弧时应采用反向引弧技术，以利于调整接口处焊缝平滑并能有效控制气孔的发生。（3）焊接过程中必须确保容器焊缝内外部始终充满氩气。检查喷嘴溢出的氩气流量保持稳定，从而使焊接熔池、焊缝、热影响区都得到良好的保护，从气体隔离方面保证焊接质量，预防和减缓造成焊接裂纹及其他缺陷的各种因素。（4）焊接时采用平焊位置，焊接过程应始终保持短弧。当母材低于15℃时，应对接头两侧的区域加热到15～ 20℃，以免湿气冷凝。焊接时要严格控制层间温度，层间温 度应控制在60℃以下，焊完一道后，要待容器冷却至用手可 摸后，在焊下一道，以免母材过热。 

7、结语 

通过此次蒙乃尔400合金容器的现场施焊，对焊缝外观检 查，X射线探伤都取得了较好的效果。进行100%X射线探伤， 要求Ⅰ级合格，经统计一次合格率达到96.2%，焊缝缺陷经一 次返修也达到要求。证明了此焊接工艺的可行性，大大减少了 热裂纹、气孔、咬边等缺陷的发生。为车间蒙乃尔400合金的 焊接积累了一定的经验，同时也取得了良好的经济效益。