hastelloy C4哈氏合金焊接工艺

　　1.化学成分和机械性能

　　hastelloy C4对应ASME中UNSN其化学成分及力学性能见表1，21。hastelloy C4属于Ni－Cr－Mo镍基耐腐蚀合金，单相奥氏体组织，含量高Cr和Mo，因此，它不仅耐还原介质腐蚀，而且耐氧化介质腐蚀，而且耐原复合介质腐蚀。通过减少C，Si，Fe添加稳定元素Ti，提高了晶间耐腐蚀性。其耐点蚀性、缝隙腐蚀性和应力腐蚀性也较好。

　　表1、C4材料化学成分%

　　标准值

　　≤0．015

　　≤0．08

　　≤3．0

　　≤0．04

　　≤0．03

　　≤1．0

　　剩余

　　≤2．0

　　≤0．7

　　14．0～18．0

　　14．0～17．0

　　复验值

　　0．003

　　＜0．01

　　1．0

　　＜0．002

　　0．002

　　＜0．01

　　67．28

　　0．03

　　＜0．01

　　15．7

　　15．58

　　表2、C4材料力学性能

　　标准值

　　≥690

　　≥276

　　≥40

　　复验值

　　744

　　319

　　72

　　2、hastelloy C4哈氏合金焊接分析

　　(1)镍基耐腐蚀合金具有较高的热裂纹敏感性，焊接过程中容易产生结晶裂纹和液化裂纹。裂纹原因2：镍、硫、磷在高温下容易形成低熔点晶体；当焊接热输入较大时，焊接接头晶粒较大，晶粒间碳化物较多，金属间化合物促进液化裂纹，增加热裂纹的趋势。裂纹原因2：镍、硫、磷在高温下容易形成低熔点晶体；当焊接热输入较大时，焊接接头晶粒较大，晶粒间碳化物较多，金属间化合物促进液化裂纹，增加热裂纹的趋势。因此，焊接应控制焊接热输入，并限制焊接中的热输入S，P，Si含量等措施。

　　(2)镍基焊缝金属对气孔敏感。

　　气孔原因：镍基合金液体金属的流动

　　性能差，气体在焊接状态下无法逃逸；镍基合金固液相温度间距小，液体镍中氧气、二氧化碳、氢气溶解度大，但焊缝冷却时溶解度明显降低，熔池内气体无法逃逸形成气孔。因此，焊接前应清除焊接区域的油、水等杂质，并在焊接材料中加入锰、钛、铌等脱氧元素。焊接过程中应加强焊接熔池的气体保护。

　　制定焊接工艺

　　2.1.焊接方法及焊接材料

　　氩弧焊接方法4-5根据产品结构特点选择焊接材料EＲNiCrMo-7焊丝，直径2.4mm，化学成分见表36。焊接时背面采用氩气保护，Ar纯度为99.99%，流量为8~10L/min。

　　表3、EＲNiCrMo-7材料化学成分%

　　标准值

　　≤0．015

　　≤1．0

　　≤3．0

　　≤0．04

　　≤0．03

　　≤0．08

　　≤0．50

　　剩余

　　≤2．0

　　≤0．7

　　14．0～18．0

　　14．0～18．0

　　≤0．50

　　复验值

　　0．001

　　0．14

　　0．46

　　0．006

　　0．002

　　0．02

　　0．02

　　剩余

　　＜0．11

　　0．19

　　15．8

　　15．73

　　0．10

　　2.2.坡口设计

　　由于镍基合金液体焊缝金属流动性差，熔化深度，不易润湿，接头应提供足够的空间方便金属填充，坡口应采用较大的根间隙和坡角，钝边高度较小，防止焊接过程中无熔化、无焊接缺陷，确保液体焊缝金属覆盖坡口。（墨?聚)工艺评价试验采用对接接头的坡口形式，如图2所示。

　　图2坡口形式

　　2.3、焊前清洗

　　焊前清洗对焊接镍基耐腐蚀合金非常重要。焊丝和焊丝hastelloy C4和不锈钢S31603焊接区必须用丙酮或无水乙醇等溶剂清洗去除油、水等污垢，以免产生气孔和裂纹。

　　2.4.预热和道间温度控制

　　镍基耐腐蚀合金焊接前一般不需要预热，可在室温下焊接。

　　2.4.预热和道间温度控制

　　镍基耐腐蚀合金在室温下焊接前一般不需要预热。当焊件温度低于2时℃或较低时，焊接坡口和两侧大于300mm的（墨?聚)应加热至15~20℃，防止气孔产生水冷凝。焊接过多的焊接热输入和道间温度会导致晶粒过大，增加热裂纹倾向，降低耐腐蚀性，道间温度应控制在100℃以下。

　　2.5.焊接工艺参数

　　根据镍基合金的焊接特点，为防止其热裂纹，应采用较小的焊接热输入和多层焊接，焊接时不得水平摆动，尽量直线移动。焊接工艺参数见表4。

　　表4.焊接工艺参数，

　　GTAW

　　1

　　EＲNiCrMo－7

　　2．4

　　DCEN

　　90～110

　　11～13

　　10～15

　　≤8．58

　　GTAW

　　2～5

　　EＲNiCrMo－7

　　2．4

　　DCEN

　　110～140

　　11～13

　　10～15

　　≤10．92

　　3、hastelloy C44哈氏合金焊接工艺评估试验

　　按照NB/T47014-20117及技术要求，根据上述焊接工艺，厚度为8mm的S31603和C4(N06455)板材分别进行了两组焊接工艺评价试验。一组为S31603与C4.样品编号为863#；一组C4.864#与C样品编号之间的焊接。一组为S31603与C4.样品编号为863#；一组C4.864#与C样品编号之间的焊接。

　　焊后试件100%RT和100%PT拉伸、弯曲、晶间腐蚀、晶间腐蚀、焊缝化学成分分析等。晶间腐蚀试验结果为：863#：晶间腐蚀试验（2件）GB/T15260-19947标准B法验收合格；864#：晶间腐蚀试验(2件)GB/T15260-19947标准B验收合格。其他项目的试验结果见表5~7。

　　表5拉伸试验结果

　　863#-1

　　620

　　热影响区塑断

　　863#-2

　　620

　　热影响区塑断

　　864#-1

　　735

　　热影响区塑断

　　864#-2

　　735

　　热影响区塑断

　　表6弯曲试验结果

　　863#

　　面弯

　　180

　　合格（2件）

　　863#

　　背弯

　　180

　　合格（2件）

　　864#

　　面弯

　　180

　　合格（2件）

　　864#

　　背弯

　　180

　　合格（2件）

　　表7焊缝化学成分%

　　863#样品(焊缝中心线外表面)墨水?钜

　　0．003

　　0．02

　　0．16

　　0．005

　　0．023

　　67．28

　　15．69

　　14．95

　　1．28

　　0．05

　　0．07

　　864#试样

　　0．002

　　0．03

　　0．06

　　0．007

　　0．025

　　67．68

　　16．00

　　14．63

　　1．17

　　0．07

　　0．04

　　从试验结果可以看出，863#的抗拉强度大于不锈钢S31603标准规定的最低抗拉强度为490N/mm2.864#的抗拉强度大于固熔状态hastelloy C最低抗拉强度为690N/mm2.焊接接头热影响区均为塑性断裂。两组面弯和背弯样品弯曲至18°之后，拉伸面上的焊缝和热影响区域没有开口缺陷NB/T47014标准要求7。两组面弯和背弯样品弯曲至18°之后，拉伸面上的焊缝和热影响区域没有开口缺陷NB/T47014标准要求7。

　　晶间腐蚀试样24h弯曲试验后，拉伸面无裂纹等缺陷，符合标准8-9要求，焊接接头耐腐蚀性好10。

　　由此可见，试件经无损检测合格后进行机械性能检测，焊接接头的抗拉强度和弯曲性能得到满足NB/T47014-2011要求焊接化学成分和晶间腐蚀试验合格，证明焊接工艺良好，能保证焊接接头的力学性能和耐晶间腐蚀性。

　　4、hastelloy C44哈氏合金焊接接头金相检测

　　为进一步了解焊接工艺对焊接接头的影响，取样了宏观金相检测和微观金相检测11。每组评估863#和864#样品编号。

　　宏观金相检测采用10倍放大镜，两个样品焊接接头截面无气孔、夹渣、裂纹、未熔合、未焊接等缺陷。

　　微观金相检测如图3、4所示。样品检测结果如下：S31603母材和热影响区加少量奥氏体δ为奥氏体添加微量铁素体组织δ铁素体组织，C四侧热影响区和母材为奥氏体组织。样品检测结果如下：C四面母材和热影响区为奥氏体组织，焊缝为奥氏体加微量δ铁素体组织12-13。从微组织图可以看出，两接接头组织精细，无大晶粒组，无有害相沉淀，焊接工艺性能良好。

　　(a)S31603母材500×

　　(b)S31603侧热影响区500×

　　(c)焊缝100×

　　(d)C4侧热影响区100×

　　(e)C4母材100×

　　图3863#微组织试样

　　(a)C4母材100×

　　(b)C4侧热影响区100×

　　(c)焊缝100×

　　图4864#微组织试样

　　5、hastelloy C4哈氏合金焊接结论

　　(1)hastelloy C4属于Ni－Cr－Mo镍基耐腐蚀合金类型，单相奥氏体组织，焊接时具有热裂纹和气孔敏感性，采用本焊接工艺焊接，可获得合格的焊接接头。

　　(2)氩弧焊EＲNiCrMo-7.焊丝背面采用纯氩保护。焊接前，焊丝和坡口表面应严格清理。坡口角度应适当增加，热输入小，道间温度应控制在100℃以下是多层多道焊。经工艺评估试验，C4与C4焊接接头的抗拉强度为735N/mm2，C4与S31603焊接接头的抗拉强度为620N/mm2.面弯、背弯均合格；晶间腐蚀按压；GB/T15260-1994标准B验收合格，表明焊接接头的力学性能和耐腐蚀性符合标准要求。

　　(3)为奥氏体添加微量焊缝中的焊缝δ铁素体组织，C四侧热影响区和母材为奥氏体组织，S31603侧热影响区和母材加少量奥氏体δ焊接工艺性能好的铁素体组织，焊接接头组织细密，无晶粒粗大，无有害相沉淀。

　　(3)为奥氏体添加微量焊缝中的焊缝δ铁素体组织，C四侧热影响区和母材为奥氏体组织，S31603侧热影响区和母材加少量奥氏体δ焊接工艺性能好的铁素体组织，焊接接头组织细密，无晶粒粗大，无有害相沉淀。