摘要：UNS C70600铜镍合金管，凭借其卓越的机械性能和抗腐蚀性能，在船舶工程、化工行业、能源工程及海洋工程等多个领域得到了广泛应用。它常被用于制造管路系统、冷凝管、蒸发器、热交换器以及各种高强度耐蚀部件。
UNS C70600铜镍合金管，凭借其卓越的机械性能和抗腐蚀性能，在船舶工程、化工行业、能源工程及海洋工程等多个领域得到了广泛应用。它常被用于制造管路系统、冷凝管、蒸发器、热交换器以及各种高强度耐蚀部件。
1 材料性能及焊接性分析
UNS C70600铜镍合金，是一种以镍为主要合金元素的铜基合金，其中铜含量约为90%，镍含量约为10%。其导热系数与碳钢相近，热膨胀系数则与奥氏体不锈钢相似，熔点高达1149℃。
1.1 焊接性分析
基于UNS C70600铜镍合金的化学成分、热物理及物理化学特性，对其焊接性进行深入分析，得出以下主要特点：
1.1.1 热裂倾向显著
在受热及焊接过程中，铜镍合金中的铜与杂质会形成多种低熔点共晶，如熔点为326℃的Cu+Pb、熔点为1064℃的Cu₂O+Cu以及熔点为1067℃的C+Cu₂S等。这些共晶的熔点均低于铜镍合金本身，它们在结晶过程中易在枝晶或晶界处聚集，导致铜镍合金具有明显的热脆性。在焊缝凝固的固液阶段及热影响区的易熔共晶液化状态下，焊接应力易引发热裂纹。此外，铜镍合金较大的膨胀系数也增加了接头的热裂倾向。
1.1.2 气孔倾向严重
铜镍合金焊缝在结晶时，由于溶解性气体氢导致的扩散性气孔问题突出。当氢的过饱和程度较高且氢气来不及逸出时，就会产生氢气孔。同时，熔池中的Cu₂O与氢反应生成水蒸气或与CO反应生成CO₂，从而产生反应气孔。具体反应式如下：
Cu₂O+2H→2Cu+H₂O↑
Cu₂O+CO→2Cu+CO₂↑
1.1.3 接头性能下降
焊接过程中，杂质和合金元素的掺入、有用合金元素的氧化与蒸发以及焊接缺陷的产生等因素，均会导致接头的抗拉强度和耐蚀性能下降。
2 焊接方法和材料的选用
钨极气体保护焊（俗称氩弧焊）以其电弧稳定、能量集中、保护效果好、操作灵活及焊后变形小等优点，逐渐取代了气焊、碳弧焊和焊条手工电弧焊，成为铜及铜合金熔化焊接中应用最广泛的方法之一，尤其适用于中、薄板的焊接。因此，在铜镍合金管的焊接中，我们选择了氩弧焊作为焊接方法，并根据母材的化学成分和力学性能，选用了与之相匹配的AWS A5.7M铜和铜合金光焊丝ErCuNi。
3 焊接工艺及评定试验
按照ASME规范第IX卷《焊接、钎接和粘接评定》的要求，我们进行了焊接工艺评定。试验采用了φ89×4的UNS C70600铜镍合金管，焊接位置为5G（立向上）。
3.1 焊接工艺要点
1）在焊接前，使用不锈钢专用砂轮片和不锈钢铁丝刷对焊缝坡口50mm范围内的毛刺、氧化物、油污等杂质进行彻底清理。
2）定位焊接的数量应尽量少且长度短。正式焊接前，应对定位焊缝进行清洁处理。如出现裂纹，需进行打磨清除并重新点焊。
3）当采用ErCuNi填充金属进行钨极气体保护焊时，虽不要求预热，但必须去除潮气。在寒冷和潮湿环境下，应保温至约25℃。
4）保护气体采用纯度高达99.99%的氩气。焊接前，先用铝箔封住管子两端和坡口，从一端充入氩气，另一端开一小孔进行气体置换，以确保焊缝背部的氩气保护。焊接时，边焊边揭开覆盖在坡口上的铝箔胶带，以减少管内氩气的外逸。
5）电弧应保持尽可能短，以确保适当的保护气体屏蔽并减少气孔的产生。熄弧后，氩气应在收弧处延迟2~5秒停气，直至熔池完全冷凝。
6）焊接时，层间温度应控制在不超过150℃。
4 结论
针对DF13-2项目中UNS C70600铜镍合金管的焊接工艺，结合工程应用的实际需求，我们对该合金管的焊接工艺评定及焊接质量控制进行了详细阐述，并得出以下结论：
（1）焊前需做好充分准备，彻底清理坡口及焊丝表面的水分、油污、氧化物等杂质，确保坡口组对的装配间隙足够。同时，连接好背部充气装置，并使用测氧仪监测背部气体的氧气浓度。
（2）当测氧仪示数小于0.1时方可开始焊接。引弧和熄弧必须确保在焊口内部进行，封底层的焊接应确保背部保护气体的氧气浓度始终小于0.1%。背部保护气体应保留至3层焊缝或6.4mm焊缝厚度，以防止焊缝金属氧化。为避免焊缝金属内凹，背部保护气体的压力不宜过大。
（3）采用GTAW焊接方法，选用ERCuNi焊丝对两种不同壁厚的UNS C70600铜镍合金管进行全位置焊接。由于壁厚较厚的铜镍合金管散热较快，而壁厚较薄的则散热较慢，因此为保证焊接质量，需根据管子的厚度调整热输入。厚度大的管子需要的热输入较大，而厚度小的管子则需要的热输入较小。在焊接过程中应严格控制各项参数，确保最大层间温度不超过150℃，焊接最大热输入不超过2.0 kJ/mm。
（4）焊后进行NDT检测及力学性能试验，结果表明，在该焊接工艺下完成的焊接接头未出现焊接裂纹、气孔、未熔合、内凹及焊缝金属氧化等缺陷，接头形貌完好。焊接接头的抗拉强度、弯曲韧性及最大硬度均满足相关标准的验收要求，展现出良好的强度和塑韧性。
来源：上海沃乘实业