1　Hastelloyc-材料的性能

1.1基本性能

Hastelloyc-属耐热耐蚀高镍合金,它是一种固溶强化型镍基高温合金。这种合金含碳量低,具有很强的耐蚀性,能适应多种腐蚀环境。其化学成分、物理性质和力学性能见表1、表2和表3。

1.2耐腐蚀性

从化学成分看,Hastelloyc-合金主要添加了Cr和Mo,Cr的存在能在长时间高温环境中保持其组织的稳定性,具有很强的抗氧化能力,能耐氧化性酸的腐蚀;而Mo的加入除了形成固溶强化型合金外,还可提高合金耐盐酸腐蚀的能力。

1.3蠕变强度

对于高温材料,Hastelloyc-合金因为含镍量高,组织的热稳定性好,其成型性及高温持久性能较好,即使在℃以上的高温还具有一定的强度,蠕变强度高。

2　Hastelloyc-的焊接性分析

影响Hastelloyc-合金焊接的因素很多,以下进行分析。

(1)Hastelloyc-合金具有面心立方晶格结构,其基体为面心立方点阵的固溶体,在其固溶度范围内添加铬、钨、钼等元素提高原子间结合力产生点阵畸变,降低堆垛层错能,以提高再结晶温度来强化固溶。它与焊接碳素钢相比具有低熔透性的特点,对焊接方法和坡口形状的不同选择,将形成不同的焊缝金属凝固组织,影响焊缝的熔透和溶合。

(2)在焊接熔池凝固过程中,金属收缩产生的拉应力将晶界上低熔点共晶液膜拉开形成结晶裂纹。晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体焊缝凝固裂纹的最主要的冶金因素,这些晶间液膜主要来自于焊接金属的杂质中。硫和磷与镍能形成低熔共晶体向焊缝金属的晶界偏析;铝、钛有促使氧化膜、孤立块状物及渣点等形成于焊缝表面;硅和铅将引起镍合金的热脆裂纹;碳的含量高,会形成连续的晶间化合物晶界膜,使合金变脆,还可能形成碳硼化物共晶,在应力作用下产生裂纹,故必须将硫、磷等元素的总量控制在低水平。

(3)同理,低熔点化合物共晶体的液态膜也会残留在晶界区,由于收缩应力的作用而发生开裂,硫、磷等低熔点共晶物最容易造成热裂纹,产生的热裂纹通常以弧坑裂纹和焊道裂纹的形式出现,有时也以焊缝及热影响区的显微裂纹形式出现。

(4)金属在高温熔焊过程中产生膨胀,如果在焊缝形成过程中存在附加应力、受热温度不均、线能量大等因素,易产生应力,影响焊接成形的质量。同时应避免焊缝的凹断面,焊缝的凹凸断面主要影响到焊缝金属冷却结晶的方向和共晶面界的排列,直接影响到产生裂纹的程度。

3焊接方法

钨极气体保护焊能很好地控制热输入,这种焊接方法的焊接质量高。而钨元素对形成焊接热裂纹无直接影响,在该工程中采用铈钨丝(Wce20)电极。铈钨丝的电子发射能力强,引弧电压低,电弧稳定性好。用氩气作保护气体,用直流正极性,高频引弧以及电流衰减的收弧技术进行焊接。因为直流钨极氩弧焊时,阳极的发热量远大于阴极,用直流正接焊接时,钨极发热量小,不易过热,同样大小直径的钨极可采用较大电流,焊接效率高。

选用成分与母材相当的ERNiCiMo-4焊丝,焊接设备选用ZX7-型逆变弧焊机,在焊接过程中应注意采取低线能量控制层间温度,控制有害元素的入侵等措施,并注意选用大坡口角度和小钝边的接头形式。

热裂纹缺陷产生的原因及防止措施列于表4

4焊接工艺评定

焊接工艺评定的目的是为了保证工程中实施焊接工艺的正确性,是确定焊接工艺指导书的依据。

(1)材料

焊接工艺评定所使用的材料必须具有出厂合格证和质量证明书,不应有裂纹、斑疤和夹杂等缺陷。焊丝表面应洁净,无氧化色。

(2)坡口加工、组对坡口加工采用机械方法,对坡口组对形式、尺寸的选择,应做到有利于保证焊接质量,方便操作,减少焊接变形及填充金属。坡口及组对形式见图1。

(3)评定试件采用管状试件,由合格的熟练焊工施焊。

(4)评定试件的取样采用机械切割。拉伸试样的弯曲试样采用机械加工去除焊缝余高,弯曲试样中面弯和背弯试样的拉伸面应保留至少一侧母材的原始表面,加工刀痕应与试样的纵轴平行。经焊接实验确定合格的焊接工艺参数如表5。

5焊接要点

5.1表面清理

因硫、磷和某些低溶点元素经常存在于材料表面,加上油脂、漆、标记用的蜡笔或墨水等杂质,故对焊接表面进行彻底清理特别重要,焊前用三氯乙烯溶液清洗接头两侧各50mm范围的钝边和坡口。

5.2焊接要点

5.2.1按确定好的工艺要求施焊。焊时焊件垫置牢固,在焊前组对时,不得强力对口,留自由收缩端以减少焊接应力,防止焊接变形。

5.2.2焊接用的氩气纯度为99.99%。严格焊接顺序,多道焊接的每一道焊接接头应错开,每道焊缝间注意清除粘着力强的渣膜,以避免焊缝金属的不连续性。控制焊接线能量,保证电弧稳定燃烧,弧长尽量短,焊枪不作摆动或适当摆动。

5.2.3焊接过程采用对称焊接,控制层间温度,一层焊完后采用水冷法进行激冷,以防止焊缝晶粒长大及热裂纹的产生。

5.2.4焊件表面严禁有电弧擦伤,且不得在表面引弧和熄弧,焊接熄弧时应填满弧坑,磨去弧坑缺陷。

5.2.5焊缝填料金属的化学成分应与母材一致。整个焊接过程均应充氩保护。

5.2.6焊接熄弧后焊丝不得立即暴露在大气中,应在焊缝脱离保护时取出。焊丝如被污染(氧化)变色,污染部分应予以切除。

5.2.7焊接时应保护焊接区不受恶劣环境影响,作业处风速小于2m/s,相对湿度小于90%。