hastelloy C4哈氏合金焊接工藝

1、化學成分及力學性能

hastelloy C4對應ASME中UNS編號為N06455,，其化學成分及力學性能見表1,，2［1］。hastelloy C4屬于Ni－Cr－Mo類型鎳基耐蝕合金,，單相奧氏體組織,，由于含有較高Cr和Mo，所以既耐還原性介質(zhì)腐蝕又耐氧化性介質(zhì)腐蝕,，同時在氧化－還原復合介質(zhì)中也耐蝕,。通過降低C，Si,，F(xiàn)e的含量,，加入穩(wěn)定化元素Ti，增加了抗晶間腐蝕能力,。其抗點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕能力也較好［2－3］,。

表1,、C4材料化學成分%

表2、C4材料力學性能

2、hastelloy C4哈氏合金焊接性分析

(1)鎳基耐蝕合金具有較高的熱裂紋敏感性,，焊接過程中容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋和液化裂紋,。裂紋產(chǎn)生的原因［2］:在高溫下鎳與硫、磷極易形成低熔點共晶體;當焊接熱輸入較大時,，會導致焊接接頭晶粒粗大,，晶粒間會存在較多的碳化物和促進液化裂紋的金屬間化合物，增大熱裂紋傾向,。因此焊接時應采取控制焊接熱輸入,，限制焊縫中的S，P,，Si含量等措施,。（墨?鉅）

(2)鎳基焊縫金屬對氣孔比較敏感。

氣孔產(chǎn)生的原因:鎳基合金液態(tài)金屬的流動

性比較差,，在焊態(tài)下氣體來不及逸出;鎳基合金固液相的溫度間距小,，氧氣、二氧化碳和氫氣等氣體在液態(tài)鎳中的溶解度比較大,，但當焊縫冷卻時,，溶解度明顯減小，熔池中的氣體來不及逸出形成氣孔,。因此焊接前應將施焊區(qū)域的油,、水等會引起氣孔的雜質(zhì)去除干凈，焊接材料可以加入錳,、鈦和鈮等脫氧元素,，焊接過程中應加強焊接熔池的氣體保護。

焊接工藝制定

2．1,、焊接方法及焊接材料

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點,，采用氬弧焊焊接的方法［4－5］，焊接材料選用EＲNiCrMo－7焊絲,，直徑2．4mm,，化學成分見表3［6］。焊接時背面采用氬氣保護,，Ar純度為99．99%,，流量為8～10L/min。

表3,、EＲNiCrMo－7材料化學成分%

2．2,、坡口設(shè)計

由于鎳基合金液態(tài)焊縫金屬具有流動性較差和熔深較淺的工藝特性，不容易潤濕展開,，接頭需提供足夠的空間便于金屬填充,，坡口應采用較大的根部間隙和坡口角度,，較小的鈍邊高度，以防止焊接時出現(xiàn)未熔合和未焊透缺陷,，保證液態(tài)焊縫金屬布滿坡口,。（墨?鉅）工藝評定試驗采用對接接頭的坡口形式，如圖2所示,。

圖2坡口形式

2．3,、焊前清理

焊前清理工作對焊接鎳基耐蝕合金非常重要，在焊接前,，焊絲及hastelloy C4和不銹鋼S31603的施焊區(qū)域必須使用丙酮或無水乙醇等溶劑清洗去除油,、水分及其他污物，以避免氣孔和裂紋的產(chǎn)生,。

2．4,、預熱及道間溫度控制

鎳基耐蝕合金焊前一般不需進行預熱，室溫環(huán)境下即可焊接,。當焊件溫度低于2℃或更低時,，焊接坡口及兩側(cè)大于300mm的（墨?鉅）范圍內(nèi)應加熱到15～20℃，以防止?jié)駳饫淠龑е職饪椎漠a(chǎn)生,。焊接時過大的焊接熱輸入和道間溫度會導致晶粒過大,，增大熱裂紋傾向和降低耐腐蝕性能，應控制道間溫度在100℃以下,。

2．5,、焊接工藝參數(shù)

根據(jù)鎳基合金焊接特性，為防止其產(chǎn)生熱裂紋,，應采用較小的焊接熱輸入,，多層多道焊，焊接時不宜橫向擺動,，盡量直線運動,，制定的焊接工藝參數(shù)見表4。

表4,、焊接工藝參數(shù),、

3、hastelloy C4哈氏合金焊接工藝評定試驗

按照NB/T47014—2011［7］和技術(shù)要求,，根據(jù)以上擬定的焊接工藝,，選用厚度為8mm的S31603和C4(N06455)板材分別進行了兩組焊接工藝評定試驗。一組為S31603與C4之間焊接,，試樣編號為863#;一組為C4與C4之間相焊,，試樣編號為864#。

試件焊后經(jīng)100%ＲT和100%PT檢測無缺陷后進行拉伸,、彎曲,、晶間腐蝕,、焊縫部位化學成分分析等試驗項目,。其中,，晶間腐蝕試驗結(jié)果為:863#:晶間腐蝕試驗(2件)，按GB/T15260—1994［7］標準B法驗收合格;864#:晶間腐蝕試驗(2件),，按GB/T15260—1994［7］標準B法驗收合格,。其他項目試驗結(jié)果見表5～7。

表5拉伸試驗結(jié)果

表6彎曲試驗結(jié)果

表7焊縫化學成分%

通過試驗結(jié)果可以看出,，試樣編號為863#的抗拉強度值均大于不銹鋼S31603標準規(guī)定的抗拉強度最低值490N/mm2;試樣編號為864#的抗拉強度值均大于固熔狀態(tài)hastelloy C4標準規(guī)定的抗拉強度最低690N/mm2,，且均為塑性斷裂于焊接接頭熱影響區(qū)。兩組評定面彎,、背彎試樣彎曲到180°后,，拉伸面上的焊縫及熱影響區(qū)內(nèi)沒有開口缺陷，符合NB/T47014標準要求［7］,。

晶間腐蝕試驗試樣在銅－硫酸銅－16%硫酸溶液中連續(xù)加熱24h后進行彎曲試驗,，拉伸面無裂紋等缺陷，滿足標準［8－9］要求,，說明焊接接頭耐腐蝕性能良好［10］,。

由此可見，試件經(jīng)無損檢測合格后取樣進行力學性能檢測,，焊接接頭的抗拉強度,、彎曲性能結(jié)果均滿足NB/T47014—2011要求，焊縫化學成分和晶間腐蝕試驗合格,，證明制定的焊接工藝良好,，可以保證焊接接頭的力學性能和耐晶間腐蝕性能。

4,、hastelloy C4哈氏合金焊接接頭金相檢測

為進一步了解所制定焊接工藝對焊接接頭的影響,，取樣進行了宏觀金相檢測和微觀金相檢測［11］。兩組評定各取一件試樣,，試樣編號分別為863#,，864#。

用10倍放大鏡進行宏觀金相檢測,，兩件試樣焊接接頭截面均無氣孔,、夾渣、裂紋,、未熔合,、未焊透等缺陷。

微觀金相檢測如圖3,，4所示,。863#試樣檢測結(jié)果為:S31603母材和熱影響區(qū)為奧氏體加少量δ鐵素體組織,，焊縫為奧氏體加微量δ鐵素體組織，C4側(cè)熱影響區(qū)和母材為奧氏體組織,。864#試樣檢測結(jié)果為:C4側(cè)母材及熱影響區(qū)為奧氏體組織,，焊縫為奧氏體加微量δ鐵素體組織［12－13］。通過微觀組織圖可以看出,，兩件試樣焊接接頭組織細密,，沒有出現(xiàn)晶粒組大，無有害相的析出,，表明焊接工藝性能良好,。

(a)S31603母材500×

(b)S31603側(cè)熱影響區(qū)500×

(c)焊縫100×

(d)C4側(cè)熱影響區(qū)100×

(e)C4母材100×

圖3863#試樣微觀組織

(a)C4母材100×

(b)C4側(cè)熱影響區(qū)100×

(c)焊縫100×

圖4864#試樣微觀組織 

5、hastelloy C4哈氏合金焊接結(jié)論

(1)hastelloy C4屬于Ni－Cr－Mo類型鎳基耐蝕合金,，單相奧氏體組織,，焊接時具有熱裂紋和氣孔敏感性，采用本焊接工藝進行施焊,，可以獲得合格的焊接接頭,。

(2)采用氬弧焊方法，使用EＲNiCrMo－7焊絲,，背面采用純氬氣保護,，焊前嚴格清理焊絲及坡口表面，坡口角度適當加大,，采用較小熱輸入,，道間溫度控制在100℃以下，多層多道焊,。經(jīng)工藝評定試驗,，C4與C4焊接接頭抗拉強度為735N/mm2，C4與S31603焊接接頭抗拉強度為620N/mm2,，面彎,、背彎均合格;晶間腐蝕按GB/T15260—1994標準B法驗收合格，表明焊接接頭的力學性能和耐蝕性能滿足標準要求,。

(3)焊接接頭中焊縫為奧氏體加微量δ鐵素體組織,，C4側(cè)熱影響區(qū)及母材為奧氏體組織，S31603側(cè)熱影響區(qū)及母材為奧氏體加少量δ鐵素體組織,，焊接接頭組織細密,，無晶粒粗大現(xiàn)象，無有害相的析出,，焊接工藝性能良好,。

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