哈氏合金C—276的焊接

劉鐵軍 唐照國(guó) 梁珊初 黃煜 金小芳

我公司車(chē)間生產(chǎn)項(xiàng)目中有一臺(tái)刮膜蒸發(fā)器，容器內(nèi)介質(zhì)主要含量為氯離子，容器要求光潔度高，若使用一般的超低碳不銹鋼，不足以耐高含量氯離子的腐蝕，因此設(shè)計(jì)時(shí)選用了哈氏合金C—276作為耐蝕材料，以提高設(shè)備的使用壽命。

由于哈氏合金C—276本身具有特殊的力學(xué)性能和焊接性，如果制作過(guò)程中掌握不好，其耐蝕性能和力學(xué)性能都會(huì)受到影響。為此，在使用該材料制作產(chǎn)品時(shí)，采取了一些焊前及焊接時(shí)的必要措施，獲得性能良好的焊接接頭，以保證產(chǎn)品的安全性和使用性。

1. 耐腐蝕性能

哈氏合金C—276屬于鎳基合金，硅碳含量極低，在氧化和還原兩種狀態(tài)中，對(duì)大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性能；有出色的耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能，主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。同時(shí)，哈氏合金C—276是僅有的幾種耐潮濕氯氣、次氯酸鹽及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，對(duì)高濃度的氯化鹽溶液有顯著的耐蝕性，因此，在苛刻的腐蝕環(huán)境中，如化工、石油化工及環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

2. 力學(xué)性能

哈氏合金C—2 7 6的抗拉強(qiáng)度≥730MPa，伸長(zhǎng)率≥40%，硬度HRB≤100。其熱成形是在1 150℃時(shí)立即退火，并以水急冷。對(duì)哈氏合金C—276進(jìn)行冷變形加工會(huì)使其強(qiáng)度增加。哈氏合金C—276和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能，但由于其比普通奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度要高，所以在冷成形加工過(guò)程中會(huì)有更大的應(yīng)力。此外，這種材料的加工硬化速度比普通不銹鋼快得多。

圖1 試板焊縫

3. 焊接工藝評(píng)定

壓力容器產(chǎn)品施焊前，按NB/T47014—2011進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。由于材料第一次使用，焊接工藝評(píng)定前先進(jìn)行試板試焊，試焊兩塊厚度為8mm試板，試板S1和試板S2采用的焊接電流相同，焊接速度和層間溫度不同。試板S1焊接速度慢、層間溫度未控制；試板S2焊接速度快、層間溫度＜60℃，兩塊試板的焊縫如圖1所示。從圖1可以看出，S2試板焊縫表面呈銀白色，焊接質(zhì)量好。

焊接工藝評(píng)定試件的規(guī)格為400mm×125mm×10mm，焊接方法采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊組合。氬弧焊所用焊機(jī)型號(hào)為WSM315，采用高頻引弧；焊條電弧焊所用焊機(jī)型號(hào)為ZXG1—300。根據(jù)試焊情況采用快速焊接并控制層間溫度，坡口及焊接順序如圖2所示，采用的焊接參數(shù)如表1所示，焊接試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。坡口形式及加工、清理和其他操作方法等與產(chǎn)品施焊基本相同。

圖 2

4. 晶間腐蝕試驗(yàn)

為驗(yàn)證焊接接頭是否耐腐蝕，按GB433 4—200 8方法B進(jìn)行了硫酸-硫酸鐵法晶間腐蝕試驗(yàn)。為比較采用不同焊接方法得到焊接接頭的腐蝕速率，選取4個(gè)晶間腐蝕試樣試驗(yàn)，2個(gè)試樣（F01，F(xiàn)02）盡量靠近焊縫背面（氬弧焊焊道側(cè)）取樣，另外2個(gè)試樣（F03，F(xiàn)04）盡量靠近焊縫正面（焊條電弧焊焊道側(cè)）取樣，晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可看出，氬弧焊?jìng)?cè)的試樣腐蝕率低，說(shuō)明氬弧焊焊接更耐腐蝕。

5.產(chǎn)品主殼體的焊接

產(chǎn)品主殼體材料為哈氏合金C — 276 ， 規(guī)格為φ500mm×12mm，L=2 500mm。

（1）焊前準(zhǔn)備 第一，因?yàn)楣虾辖餋—276高溫時(shí)極易被氧化，極大地降低其抗腐蝕性能，所以焊前須做好一些必要的準(zhǔn)備。鎢極氬弧焊時(shí)，氬弧焊槍?xiě)?yīng)采用帶有濾網(wǎng)的大噴嘴，目的是讓噴出來(lái)的氬氣面積寬而均勻（即層流），利于對(duì)熔池的充分保護(hù)，如用一般的氬弧焊槍則應(yīng)在焊接時(shí)加后保護(hù)拖罩。為此專門(mén)制做了一個(gè)背面氬氣保護(hù)罩（見(jiàn)圖3），保護(hù)罩為長(zhǎng)方形不銹鋼空心盒，盒內(nèi)置兩塊孔徑為0.071mm（200目）的不銹鋼絲網(wǎng)，盒子中心焊接一個(gè)接管，接入氬氣皮管。為使氬氣保護(hù)充分均勻，還要準(zhǔn)備好耐高溫膠帶紙，焊接時(shí)貼在焊縫表面，以使背面保護(hù)的氬氣不被空氣混亂。

第二，從哈氏合金C—276的力學(xué)性能可看出，此材料的硬度極高，而且冷加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生加工硬化，使硬度變得更高，因此采用刨邊機(jī)加工坡口時(shí)，刨刀應(yīng)選用高硬度、高耐磨的鎢鈷合金刀，并加冷卻油冷卻。如沒(méi)有刨邊機(jī)，可用不銹鋼磨光片，緩慢地打磨出坡口。設(shè)計(jì)坡口形式應(yīng)依據(jù)盡量少的焊接填充量、便于操作、利于成形和盡量避免缺陷產(chǎn)生等原則進(jìn)行，殼體縱、環(huán)縫坡口如圖4所示。

第三，焊前將坡口表面及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)不利于焊接的雜物清理干凈，并用丙酮清洗后再采用鎢極氬弧焊將工件組焊。組焊時(shí)焊縫背面也應(yīng)通氬氣保護(hù)。

表1 焊接參數(shù)

表2 試驗(yàn)結(jié)果

表3 晶間腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

圖3 氬氣保護(hù)罩示意

圖4

（2）焊接 焊接方法：在物料接觸一面均采用鎢極氬弧焊焊接，氬氣采用純氬（99.99%Ar）。根據(jù)產(chǎn)品主殼體規(guī)格選定焊接方法為鎢極氬弧焊和焊條電弧焊。

焊接材料： 焊絲選用ERNiCrMo—4，焊條選用ENiCrMo—4。

焊接過(guò)程：焊接在室內(nèi)操作，并為專用有色金屬焊接區(qū)，室溫為常溫，不需要預(yù)熱，室內(nèi)環(huán)境清潔，空氣干燥適合焊接。焊接參數(shù)如表4所示。

鎢極氬弧焊操作時(shí)要注意氬氣保護(hù)和送絲及收弧，焊條電弧焊操作時(shí)要注意穩(wěn)弧。

具體操作要領(lǐng)如下：

第一，鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)。焊接縱縫時(shí)用背面保護(hù)罩罩住整條縱縫，正面用膠帶紙密封，氬氣保護(hù)罩內(nèi)通入氬氣20s后，再?gòu)囊“迳掀鸹?，并將膠帶紙撕開(kāi)一小段以便于焊接，焊接一段撕開(kāi)一段膠帶紙，同步進(jìn)行。焊接環(huán)縫時(shí)，一人焊接，一人拿著氬氣保護(hù)罩緊跟焊槍移動(dòng)，保護(hù)罩要貼緊筒壁。第1道打底焊為鎢極氬弧焊，采用較大的焊接電流和較快的焊接速度，不擺動(dòng)，使焊縫很薄，填滿間隙即可，這樣既保證焊透又保持了低的熱輸入，使熔池冷卻較快，便于快速結(jié)晶。第2～4道仍采用鎢極氬弧焊，目的是為保持更好的抗腐蝕性能。第2道焊縫寬度較窄，焊接時(shí)仍不需要擺動(dòng)，焊接電流稍減小，焊接速度稍微減慢，以便焊道厚度加大。第3、4道為填充焊，需擺動(dòng)，焊接參數(shù)和第2道相當(dāng)。第2、3道焊接時(shí)焊縫背面仍需通氬保護(hù)。第4道焊接時(shí)，因前面已有較厚的焊道保護(hù)，可以不用通氬保護(hù)，每條焊道焊前應(yīng)控制道間溫度≤60℃。道間清理采用不銹鋼鋼絲刷，將焊道表面清刷一遍，冷卻后用丙酮清洗焊絲、焊道及坡口表面，待焊絲和坡口干燥后再焊接，焊接時(shí)控制好手勢(shì)，保持好電弧電壓，防止因電弧不穩(wěn)而產(chǎn)生缺陷。更換焊絲時(shí)應(yīng)注意收弧，收弧最好停留在母材上，以防止弧坑裂紋的產(chǎn)生。

第二，焊條電弧焊操作要領(lǐng)。焊條按規(guī)定烘烤，用焊條保溫筒領(lǐng)用。焊條焊接時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)好電流，不能過(guò)大，并控制好焊接熱輸入（主要控制焊接速度），防止晶粒粗大和焊縫表面顏色不好（焊縫表面顏色最佳為銀白色，其次為金黃色，其他顏色均不好，影響焊接接頭性能）。第5～7焊道均采用焊條電弧焊，道間必須把熔渣清理干凈，再用不銹鋼鋼絲刷刷一遍，然后用壓縮空氣吹干凈，并用丙酮清洗，待干燥后，再焊接下一焊道。焊接接頭處應(yīng)修磨好以便接弧，焊接采用短弧焊，第6、7焊道焊接時(shí)需擺動(dòng)焊。

焊后檢測(cè)：焊后進(jìn)行外觀檢測(cè)，焊縫表面呈銀白色略帶金黃色（見(jiàn)圖5），并無(wú)可見(jiàn)缺陷，再進(jìn)行RT射線檢測(cè)。根據(jù)JB4730.2—2005標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定級(jí)別為I級(jí)，焊縫內(nèi)部和外觀均合格。

圖5 筒體縱縫

6.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)產(chǎn)品的制造及驗(yàn)收，并經(jīng)客戶幾個(gè)月的使用證明，對(duì)于哈氏合金C—276的焊接，只要選擇正確的焊接工藝和操作方法，就可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，從而能保證產(chǎn)品的安全性和使用性。

表4 焊接參數(shù)

[1] 胡特生.電弧焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 張文鉞.焊接冶金學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.