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        哈氏合金C—276的焊接

        2015-11-16 06:04:54劉鐵軍唐照國梁珊初黃煜金小芳
        金屬加工(熱加工) 2015年12期
        關鍵詞:不銹鋼焊縫

        劉鐵軍 唐照國 梁珊初 黃煜 金小芳

        我公司車間生產項目中有一臺刮膜蒸發(fā)器,容器內介質主要含量為氯離子,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,因此設計時選用了哈氏合金C—276作為耐蝕材料,以提高設備的使用壽命。

        由于哈氏合金C—276本身具有特殊的力學性能和焊接性,如果制作過程中掌握不好,其耐蝕性能和力學性能都會受到影響。為此,在使用該材料制作產品時,采取了一些焊前及焊接時的必要措施,獲得性能良好的焊接接頭,以保證產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,對大多數(shù)腐蝕介質具有優(yōu)異的耐腐蝕性能;有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕性能,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,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)領域有著相當廣泛的應用。

        2. 力學性能

        哈氏合金C—2 7 6的抗拉強度≥730MPa,伸長率≥40%,硬度HRB≤100。其熱成形是在1 150℃時立即退火,并以水急冷。對哈氏合金C—276進行冷變形加工會使其強度增加。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度要高,所以在冷成形加工過程中會有更大的應力。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. 焊接工藝評定

        壓力容器產品施焊前,按NB/T47014—2011進行焊接工藝評定。由于材料第一次使用,焊接工藝評定前先進行試板試焊,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,焊接質量好。

        焊接工藝評定試件的規(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。氬弧焊所用焊機型號為WSM315,采用高頻引?。缓笚l電弧焊所用焊機型號為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,焊接試驗結果如表2所示。坡口形式及加工、清理和其他操作方法等與產品施焊基本相同。

        圖 2

        4. 晶間腐蝕試驗

        為驗證焊接接頭是否耐腐蝕,按GB433 4—200 8方法B進行了硫酸-硫酸鐵法晶間腐蝕試驗。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個晶間腐蝕試樣試驗,2個試樣(F01,F(xiàn)02)盡量靠近焊縫背面(氬弧焊焊道側)取樣,另外2個試樣(F03,F(xiàn)04)盡量靠近焊縫正面(焊條電弧焊焊道側)取樣,晶間腐蝕試驗結果如表3所示。從表3可看出,氬弧焊側的試樣腐蝕率低,說明氬弧焊焊接更耐腐蝕。

        5.產品主殼體的焊接

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

        (1)焊前準備 第一,因為哈氏合金C—276高溫時極易被氧化,極大地降低其抗腐蝕性能,所以焊前須做好一些必要的準備。鎢極氬弧焊時,氬弧焊槍應采用帶有濾網(wǎng)的大噴嘴,目的是讓噴出來的氬氣面積寬而均勻(即層流),利于對熔池的充分保護,如用一般的氬弧焊槍則應在焊接時加后保護拖罩。為此專門制做了一個背面氬氣保護罩(見圖3),保護罩為長方形不銹鋼空心盒,盒內置兩塊孔徑為0.071mm(200目)的不銹鋼絲網(wǎng),盒子中心焊接一個接管,接入氬氣皮管。為使氬氣保護充分均勻,還要準備好耐高溫膠帶紙,焊接時貼在焊縫表面,以使背面保護的氬氣不被空氣混亂。

        第二,從哈氏合金C—276的力學性能可看出,此材料的硬度極高,而且冷加工時會產生加工硬化,使硬度變得更高,因此采用刨邊機加工坡口時,刨刀應選用高硬度、高耐磨的鎢鈷合金刀,并加冷卻油冷卻。如沒有刨邊機,可用不銹鋼磨光片,緩慢地打磨出坡口。設計坡口形式應依據(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生等原則進行,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20mm范圍內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。組焊時焊縫背面也應通氬氣保護。

        表1 焊接參數(shù)

        表2 試驗結果

        表3 晶間腐蝕試驗結果

        圖3 氬氣保護罩示意

        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。

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

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

        具體操作要領如下:

        第一,鎢極氬弧焊操作要領。焊接縱縫時用背面保護罩罩住整條縱縫,正面用膠帶紙密封,氬氣保護罩內通入氬氣20s后,再從引弧板上起弧,并將膠帶紙撕開一小段以便于焊接,焊接一段撕開一段膠帶紙,同步進行。焊接環(huán)縫時,一人焊接,一人拿著氬氣保護罩緊跟焊槍移動,保護罩要貼緊筒壁。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,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,焊接時仍不需要擺動,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,焊接參數(shù)和第2道相當。第2、3道焊接時焊縫背面仍需通氬保護。第4道焊接時,因前面已有較厚的焊道保護,可以不用通氬保護,每條焊道焊前應控制道間溫度≤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,焊接時控制好手勢,保持好電弧電壓,防止因電弧不穩(wěn)而產生缺陷。更換焊絲時應注意收弧,收弧最好停留在母材上,以防止弧坑裂紋的產生。

        第二,焊條電弧焊操作要領。焊條按規(guī)定烘烤,用焊條保溫筒領用。焊條焊接時應調節(jié)好電流,不能過大,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。焊接接頭處應修磨好以便接弧,焊接采用短弧焊,第6、7焊道焊接時需擺動焊。

        焊后檢測:焊后進行外觀檢測,焊縫表面呈銀白色略帶金黃色(見圖5),并無可見缺陷,再進行RT射線檢測。根據(jù)JB4730.2—2005標準評定級別為I級,焊縫內部和外觀均合格。

        圖5 筒體縱縫

        6.結語

        通過產品的制造及驗收,并經客戶幾個月的使用證明,對于哈氏合金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)質的焊接接頭,從而能保證產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:機械工業(yè)出版社,1994.

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

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