哈氏合金Hastelloy-C-276（NS334）管道焊接工藝

超低碳型鎳基哈氏合金(Hastelloy-C-276)國內牌號NS3342,是一種含鶴的鎳-鉻-鉬鍛造的合金,其特點是熔點高、耐熱、耐腐蝕、強度高,具有良好的抗氧化性能、力學性能和加工性能(見表1、表2),在200~1090℃范圍內能耐各種腐蝕介質的侵蝕,被認為是“萬能的抗腐蝕合金"。因此,近幾十年以來在苛刻的工作環境中,如化學工業、石油工業等領域得到了廣泛的應用,解決一般不銹鋼和其他金屬、非金屬材料無法解決的介質腐蝕問題。

線能量控制

采用高線能量焊接鎳基耐蝕合金會產生不利影響。在熱影響區(HAZ)產生一定程度的退火和晶粒長大。高熱輸入會產生過度的偏析、碳化物的沉淀或其他有害的冶金現象,就會引起熱裂紋或降低耐蝕性。避免在1200~1300℃高溫區和550~900℃中溫區的敏化溫度區間停留過長時間可以防止晶間腐蝕。因此,選擇小的焊接線能量和避免在敏化溫度區間停留時間過長,是保證獲得優質焊接接頭的有效措施。

焊件清潔度要求

焊件表面的清潔度是成功地焊接鎳基合金的一個重要要求。焊件在組對、打磨過程中,表面容易產生氧化物質,這些物質在焊接中容易結合形成氧化皮,形成夾渣或細小的不連續氧化物。這類氧化物不連續特別細小,一般用射線探傷和著色滲透也檢查不出來。此外,有些有害元素,如:S,P.Pb,Sn、Zn Bi、, Sb和As等,經常存在于制造過程中所用的記號筆、油漆筆、以及油脂等材料中,焊接過程匯總會和Ni形成低熔點共晶。因此,在焊接前必須*清除這些雜質。

清理的方法取決于被清理物質的種類,表面污物、油脂可用蒸汽脫脂或用丙酮及其他溶液去除。對不溶于脫脂劑的漆和其他雜物,可用氯甲烷,堿等清洗劑或特殊專用合成劑清洗。

鎳基材料焊接時其他注意事項

鎳基合金材料焊接過程中的層間溫度不宜過高,一般要求在50℃以下;該材料焊接一般不需要預熱和后熱處理。接頭拘束應力也是該材料焊接過程中需要注意的一個方面,采用合理的裝配和焊接順序及方向;拼接焊縫的焊接、同時存在收縮量大和收縮量小的焊縫時應先焊收縮量大的焊縫;對工作時受力較大的焊縫應先焊交叉焊縫的焊接等可以有效緩解接頭拘束應力和接頭變形。

焊接熱裂紋

由于合金C-276焊縫具有樹狀組織,在粗大晶粒的邊界上,集中了一些低熔點共晶物和呈薄膜狀態分布的低熔點金屬,在品界之間，大大削弱了晶界間的分子力,在拘束應力的作用下,產生熱裂紋。

熱裂紋分為結品裂紋.液化裂紋和高溫失塑裂紋。結晶裂紋最容易發生在焊道弧坑,形成火口裂紋。結品裂紋多半沿焊縫中心縱向開裂,也有些垂直于焊波。液化裂紋多出現在緊靠熔合線的熱影響區中,有的還出現在緊靠熔合線的熱影響區中。高溫失塑裂紋既會發生在熱裂紋中,也會發生在焊縫中。各種熱裂紋常常伴隨有微觀裂紋,但有時僅有微觀裂紋。熱裂紋發生在高溫狀態,常溫下不再擴展。

氣孔

從合金相圖及合金元素分配的特點上反映出,固,液兩相之間溫度間距小,流動性偏低,在焊接快速冷卻凝固結品條件下,氣體來不及逸出,殘留在焊縫中便生成了氣孔。

焊縫內凹

焊接時對焊縫表面的要求更為嚴格,焊接時一定要焊成凸形焊道。焊接完成后出現開裂的大部分案例是由于凹形焊道的應力集中造成的。因此,在施焊過程中,注意焊縫的成型及飽滿度,通常要求焊縫高度高于母材表面1～2mm。

鎳基合金焊縫金屬不同于普通碳鋼的焊縫金屬那樣容易濕潤展開,即使增大焊接電流也不能改進焊縫金屬的流動性,反而起著有害作用,這是鎳基耐蝕合金的固有特性。因此為獲得良好的焊縫成形,采用小擺動工藝,同時,焊工在擺動到每一側極限位置時,要稍停頓一下,以便有足夠的時間使熔化的金屬填滿咬邊。2.3焊后耐蝕性能

對于大多數鎳基耐蝕合金，焊接完成后焊縫對耐蝕性能并沒有多大影響。通常在選用焊接材料時應根據焊接材料的化學成分,焊材的可焊性能選用與母材相匹配的焊材進行焊接。這樣焊縫金屬的強度和耐腐蝕性能相當或接近于母材的性能,滿足用戶使用要求。

為保證良好的焊接性能和優良的焊接接頭,保護氣體采用99.99%(質量分數)的純氬氣。

鎢極

焊接時采用中2.5mm的飾鎢極,把鎢極頭磨成錐形。通常使用的圓錐角為30"~60",磨平,直徑約為0.4mm。3.3焊絲根據哈氏合金(C-276)的焊接特性,打底焊、填充、蓋面均采用TIG焊接。選用的焊絲型號為ERNiCrMo-4(見表3,表4)。

焊接工藝參數見表5

(1)在焊前認真清理焊縫表面,應嚴格控制母材、焊材中的硫、磷等雜質的含量,以及焊接工藝參數、環境溫度、濕度。焊接時選用較小的線能量,焊絲前端(受熱端)必須一直處于氣體保護之中,嚴禁斷續送絲,采用短弧焊接,控制好層間溫度,收弧時將弧坑填滿,利用焊機氣體延時進行保護,避免收弧處在高溫條件下被大氣污染氧化。

(2誘發氣孔產生的因素主要有;坡口表面油脂,氧化物、在下料過程中記號筆的痕跡等異物沒有清理干凈，氣體保護不當、氣體純度不高、流量不夠。避免上述情況的存在,可減少氣孔生成的機率。

(3)保證合適的焊接速度。速度慢,焊縫金屬線能量較大，使焊縫金屬合金元素燒損較多,熱影響區產生過熱組織,導致晶粒粗大,焊接接頭物理性能下降。速度快,熔池保護不好,熔池金屬未得到充分的冶金反應,焊縫溫度偏低,焊縫邊緣熔合不好,容易產生裂紋。