冶炼坩埚的锥体与封头的材质为N4/1Cr18Ni9Ti （4+14）mm。其最高工作温度为1000℃，介质为F，Na腐蚀性气体。此冶炼坩埚在使用过程中，最先损坏的是下半部分，上半部分使用时间较长。为了节约成本，将损坏的坩埚下部去除掉, 更换新的材料，继续使用坩埚上半部分。考虑到0Cr25Ni20抗高温氧化腐蚀性能高于1Cr18Ni9Ti，更换后的下半部分材料采用N4/0Cr25Ni20复合板。在焊接更换后的新锥体与原锥体时，涉及到三种材料的焊接，为了保证焊接接头质量，通过焊接试验，选择合适的焊接工艺与焊材，保证了整个焊接接头的质量，提高了设备再次使用的寿命。

1    焊接方法及焊接材料的选择

1.1    焊接方法的选择

焊接工艺评定试验用材为N4/1Cr18Ni9Ti与N4/0Cr25Ni20复合板。复合板的焊接分两步进行, 首先焊接不锈钢基层，之后焊接耐蚀镍复层。如果先焊接镍复层，焊接不锈钢基层时很容易出现裂纹，镍复层反复受热致耐蚀性能下降。

1Cr18Ni9Ti与0Cr25Ni20不锈钢导热系数小, 热膨胀系数大，熔池的流动性差，两者的焊接为异种钢焊接。由于0Cr25Ni20焊接过程中易产生热裂纹，选用合适的焊材与焊接工艺参数是保证焊接接头质量的关键。1Cr18Ni9Ti与0Cr25Ni20 不锈钢基层的焊接采用手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充与盖面。

不锈钢基层焊接完成后，镍复层采用手工钨极氩弧焊，由于镍的流动性差，保护气采用一般纯氩成形难，所以保护气体选择98%Ar+ 2%H2。加入H2后，增加了镍的流动性，焊接电流降低，减少了金属元素的烧损，保证了镍焊缝中镍的含量。

1.2    不锈钢基层焊接材料的选择

由于1Cr18Ni9Ti与0Cr25Ni20不锈钢Cr、Ni含量差距较大，Cr、Ni含量越高，焊接越易产生热裂纹。为了提高焊接接头的质量，手工钨极氩弧焊打底焊丝采用H0Cr21Ni10焊丝，手工电弧焊焊条选择A302与A402，通过试验，选择合理的焊条。

1.3    镍复层焊接材料的选择

由于本批设备的使用寿命主要取决于镍复层的耐蚀性能，镍复层镍含量高，耐蚀性能明显，使用时间长。因此，采用合适的焊接方法, 设法提高镍焊缝金属中镍含量就显得十分重要。Ni在高温下很容易与[O]结合生成NiO，NiO进入熔池，与H、C反应，生成水蒸气和CO。熔池冷却与结晶过程中，这些气体往往来不及逸出而形成气孔。纯镍焊丝由于没有脱氧元素Ti、Al, 焊接时易产生气孔、热裂纹等缺陷。为避免焊接缺陷，提高镍焊缝的镍含量，选用含S、P量较低，且含Ti、Al等脱氧元素的ERNi-1焊丝。

2    不锈钢基层焊接材料的选择

2.1    焊前准备

根据NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，制备2块N4/1Cr18Ni9Ti试板，2 块N4/0Cr25Ni20试板，尺寸为500mm×150mm ×（4+14）mm。

2.2    坡口型式

N4/1Cr18Ni9Ti与N4/0Cr25Ni20试板的坡口型式如附图所示。

2.3    焊接工艺要求

2.3.1    焊前仔细清理坡口表面及两侧各30mm范围内的污渍，并用丙酮擦洗干净。

2.3.2    按附图定位焊，采用手工钨极氩弧焊，点焊时需要氩气保护：正面为10~15L/min，背面为10L/min。焊接时分别有尺寸为50mm×70mm×8的引弧和熄弧板。

2.3.3    焊接试板点焊完成后，进行施焊。按附图所示进行焊接，第一、二层采用手工钨极氩弧焊，第三、四层采用手工电弧焊，第五层以后的焊接都采用手工钨极氩弧焊，控制层间温度不高于60℃。

第一层打底焊时，焊丝采用H0Cr21Ni10，从镍复层侧打底，背部采用氩气保护，防止氧化开裂。焊接时，焊枪做月牙状摆动，摆动幅度均匀，焊丝自始至终在熔池内摆动。第二层焊接从不锈钢基层侧焊接，采用H0Cr21Ni10焊丝, 焊接过程中对打底凹陷部位进行修补。

第三、四层焊接前，在基层不锈钢焊缝两侧30mm范围内涂刷防溅液。焊接采用手工电弧焊，尽可能减小焊接线能量。焊接完一层后，彻底清除焊渣，确定焊缝无缺陷且层间温度不高于60℃后，再进行下一层焊接。2块焊接试板, 一块采用A302焊条焊接，另一块采用A402焊条焊接。焊接完成后，打磨掉焊渣、焊缝两侧飞溅，修补表面缺陷。

第五层至第七层用焊丝ERNi-1，采用手工钨极氩弧焊焊接。保护气体选择98%Ar+2%H2。由于第一、二层采用手工氩弧焊焊接，保证了手工电弧焊时不会烧穿焊缝，也不会造成焊缝的收缩，复层焊接时，背部不需要清根，保证了焊接质量。

2.3.4    焊接工艺参数详见表1。

3    焊后检验及结果

3.1    外观检验

试板焊缝与母材圆滑过渡，表面成形美观, 无咬边、焊瘤、裂纹、气孔等缺陷。

3.2    无损检测

试板焊接完成后进行100%RT探伤，检测结果符合JB/T4730.2-2005《压力容器无损检测》I 级合格。镍复层进行100%PT探伤，检测结果符合JB/T4730.5-2005 I级。

3.3    力学性能检测

根据NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》对试板进行取样检测，两块焊接试板分别取拉伸、弯曲试样，焊条采用A302为1号试板、焊条采用A402为2号试板。拉伸试样各取2 块，试样编号为1-1、1-2，2-1、2-2。弯曲试样各取4块，试样编号为1-3-6、2-3-6。试验结果数据见表2、表3。

由表2、表3可知，选择适用于异种钢焊接的焊条A302的焊接试板抗拉强度低，塑韧性较好，拉伸与弯曲均合格。而适用于0Cr25Ni20同材料焊接的焊条A402的焊接试板抗拉强度高，塑韧性较差，拉伸合格，而弯曲部分不合格。这是由于A302焊条相比于A402焊条，Cr、Ni含量处于1Cr18Ni9Ti与0Cr25Ni20之间，焊接后，焊缝Cr、Ni元素含量也处于之间，保证了两种不锈钢金属元素的均匀过渡，焊接接头质量良好。

3.4    镍复层焊缝化学成分

两块焊接试板除了不锈钢基层手工电弧焊使用焊条不同外，坡口型式、焊接方法均相同, 故镍复层焊缝化学成分只从其中一块上取样。测定镍复层焊缝表面向内2mm的化学成分。可以看出，采用以上焊接工艺方法可以保证镍复层焊缝镍的高含量，保证了镍复层焊缝的耐蚀性能。