铜镍合金与低合金钢焊接工艺及其应用探讨

铜镍合金与低合金钢焊接是比较常见的一种焊接形式，在实际焊接的过程中，如果没有严格把控工艺技术，很容易出现气孔和裂纹。该焊接操作难度较大，如果焊接不当，会影响工程整体质量。由于铜镍合金中含有铜成分，并且与杂质形成低熔点共晶，容易在焊接过程中出现聚焦的情况，进而产生热裂纹。不仅如此，溶解性气体氢也比较容易扩散，造成气孔问题。所以在实际焊接时，必须对工艺技术进行严格把控，通常会采用氩弧焊功能工艺，因为该焊接工艺的电弧稳定，具有较好的保护效果，操作也比较灵活，焊接后不会出现明显变形。

一、铜镍合金与低合金钢的可焊性

（一）铜镍合金特性

铜镍合金的主要成分是铜和镍，在纯铜的基础上增添镍能够提升金属强度与硬度，也能改善耐蚀性和热电性等性能。与此同时，该合金的硬度也比较高，具有较好的延展性。与其他铜合金相比，铜镍合金不论是物理性能，还是机械性能，都有明显的优势。在该合金焊接的过程中，主要受到四个因素的影响，造成焊接工艺应用难度较高。第一，铜镍合金的导热率较高[1]。因为铜导热率较高，最多能够达到碳钢导热率的 11 倍，所以如果采用的焊接工艺参数与碳钢焊接参数接近，则难以将铜材熔化，造成金属无法填充，也很难和母材熔合；第二，焊接接头很容易出现热裂的情况。在焊接的过程中，熔池中的铜会与各种杂质混合，生成熔点较低的共晶物，造成金属的热脆性明显，进而导致热裂纹容易产生；第三，相较于碳钢，铜镍合金焊接更容易出现气孔，其中氢气孔最为常见；第四，焊接接头会出现明显的性能变化，通常塑性会降低，耐蚀性也会受到影响。铜镍合金C70600 的化学成分包括 0.014Mn；9.76Ni；REM Cu； 0.01Pb ； ；1.32Fe。材料的屈服强度为 119MPa，抗拉强度为 325MPa ，延伸率为 30% 。在实际焊接的过程中，要考虑其化学成分与机械性能导致的材料特性，选择恰当的焊接工艺，确保焊接质量。

（二）低合金钢特性

以 A333-6 低合金钢为例，其化学成分包括：0.16C； 0.86Mn ；0.09S；0.017P；0.31Si； 0.006Cr ；0.003Mo； 0.001Ni ； 0.004Cu ；0.002Nb；0.001V；REM Fe。该材料的机械能为：屈服强度 293MPa；抗拉强度 492MPa ；延伸率为 39% 。该金属中的含碳量较低，所以没有明显的淬硬倾向，冷裂情况也比较少见，材质有较好的韧性和塑性，不会出现裂纹缺陷，整体有较高的可焊性。

二、铜镍合金与低合金钢焊接工艺分析

（一）焊接方法选择

根据工程焊接需求进行选择，比较常用的工艺为氩弧焊，这是一种采用氩气进行保护的电焊工艺。氩弧焊根据电极差异可以进一步分为熔化极氩弧焊以及非熔化极氩弧焊两类。后者的操作更加简单便捷，不需要严苛的现场空间条件，所以在天然气场站的管道焊接施工中广泛应用该技术。氩弧焊采用的保护气体氩气为惰性气体，与金属不会发生化学反应，能够将氧气、氢气等容易影响电弧与熔池的气体隔离，确保合金元素不会在高温焊接的情况下出现氧化的问题，有效控制烧损程度[2]。不仅如此，液态金属不会被氩气溶解，所以具有较好的保护效果，能够满足焊接需求，使焊接整体质量得到保障。在电弧燃烧方面，氩弧焊具有稳定的特点，技术操作比较简单，能够生成较为美观的焊缝，相较于其他焊接工艺，质量也有所保障。氩弧焊的适用性较强，即使焊接化学活性较强的金属，也能够发挥良好的保护作用。焊件位置也不会影响该焊接工艺的使用，可以在任何位置进行焊接，且不会产生焊渣，如果在管道根部焊接，管道内部不会被焊渣污染，清洁度要求得到满足。

在实际焊接施工的过程中，根据相关工艺标准要求，对比各种焊接技术，选择非熔化极氩弧焊，保障 C70600 铜镍合金与 A333-6 低合金碳钢能够顺利焊接。

（二）焊接材料应用

在确认焊接工艺后，需要选择能够满足施工要求的焊接材料。根据所需焊接管材的化学成分进行分析，同时也要考虑材料的机械性能，确保焊接材料符合标准要求。根据本文焊接的管材分析，铜镍合金与铜镍焊丝 ERCuNi 的匹配度较高，但该材料缺少良好的机械性能，难以与低合金材料匹配。不仅如此，铜镍焊丝 ERCuNi 的抗裂性不足，在焊接的过程中容易因为热导热率差距明显造成裂纹问题。所以在实际选择时，需要确保材料的机械性能符合要求，最终选用直径为 2.0mm 的镍铜焊丝 ERNiCu-7。该焊接材料的屈服强度为 300MPa ，抗拉强度为 500MPa ，延伸率为 30% ，充分满足焊接需求。在实际焊接的过程中，为保障质量与焊接的美观度，采用多层多焊道的技术，氩气和背氩的每分钟流量都为 25-30L。

（三）焊接缺陷分析

在实际焊接的过程中，最容易地出现的就是裂纹和气孔问题。针对这两种焊接缺陷，采取有效的控制措施。在裂纹控制方面，可以选择含有大量镍元素，且硫、磷含量较低的焊丝材料，避免出现低熔点夹杂物，使焊接接头能够更好地抵抗裂纹问题。将焊缝坡口周围清理干净，去除各种杂质，避免熔敷金属别杂质污染[3]。严格控制温度高低，重点把控热输入量，避免因为热度过高导致热裂缝的问题。对焊接摆速与宽度进行精准把控，避免因为两种金属导热不同造成收缩冷裂纹。焊接过程中还要保持表面平整，焊缝过渡要保持圆滑，避免因为高低差异造成应力集中，进而导致裂缝问题。

针对气孔问题，在焊接之前，需要对坡口和周围的杂物进行全面清理，保障表面的清洁度。根据实际焊接需求进行喷嘴的选择，保障焊接喷嘴直径合理，并且在焊接过程中控制其与焊件距离，最多不能超过 14mm ，但也不能小于 8mm ，对钨极端部突出喷嘴伸长度进行严格控制，通常在 3-4mm 之间。焊枪氩气每分钟流量为 25-30L，确保氩气始终有效地保护熔池。焊接人员也要对外部环境进行合理把控，重点控制自然风造成的影响，采取有效的防风措施，全面降低气孔出现的概率。

（四）焊接质量检查

在焊接完成后，要对焊接质量进行严格检查。主要从外观质量、无损检测、机械性能试验三个方面着手。在外观方面，通过观察的方式，对焊缝表面的气孔、凹陷、裂纹等缺陷进行检查。如果出现此类缺陷，可以进行打磨处理，适当弥补缺陷。如果出现凹陷问题，可以采取补焊工艺，同时结合打磨处理技术。无损检测后，不合格的焊缝需要进行返修，次数在2 次以内。机械性能试验包括拉伸和弯曲试验，确认是否符合要求。

结语：

综上所述，在铜镍合金与低合金钢焊接的过程中，需要先分析两种金属的化学成分与机械性能，根据性能特征采用氩弧焊工艺。焊接后进行质量检测，确认合格后即可实际应用。

参考文献：

[1]丁奕,王力伟,刘德运,等.低合金钢与双相不锈钢异种金属焊接接头组织和性能的研究[J].中国腐蚀与防护学报,2022,42(02):295-300.

[2]曹睿,王恒霖,车洪艳,等.ODS 合金与低合金钢异种金属焊接技术的研究现状[J].焊接,2021,(10):1-7+61.

[3]武保安,青旭,梁立国,等.铜镍合金与低合金钢焊接工艺及其应用[J]. 石油天然气学报,2020,42(02):311-318.