哈氏合金 C4 材料的焊接工艺

为防止中度腐蚀，渣罐底部选用哈氏合金C4材料，属于Ni-Cr-Mo镍基耐腐蚀合金和单相奥氏体结构，具有镍基耐腐蚀合金的焊接性能。 采用氩弧焊方法。 对于焊丝，我们选择了 ERNiCrMo-7。 通过坡口的设计、焊前的清洗、道次之间温度的控制、焊接热输入小的选择等工艺措施，焊接程序的评价试验，以及焊接接头的金相分析，结果表明，所建立的焊接程序是合适的。 确保焊接接头的机械性能和耐腐蚀性。

 

图 1 残液罐的结构形式

1. 化学成分和机械性能

哈氏合金 C4 对应于 ASME 的 UNS No. N06455，其化学成分和机械性能如表 1、2 和 4 所示。 哈氏合金 CXNUMX 属于 Ni-Cr-Mo 镍基耐腐蚀合金，具有单相奥氏体结构。 由于其 Cr 和 Mo 含量高，它既耐还原介质的腐蚀，又耐氧化性介质的腐蚀，也耐氧化还原复合介质的腐蚀。 降低 C、Si 和 Fe 的含量并添加稳定元素 Ti 可以提高对晶间腐蚀的抵抗力。 它还具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀能力。
表 1 C4 材料的化学成分百分比

化学物质和成分的鉴定

C

锰

铁

P

S

四

镍

公司

钛

铬

莫

典型值

≤0.015

≤0.08

≤3.0

≤0.04

≤0.03

≤1.0

津贴

≤2.0

≤0.7

14.0-18.0

14.0 - 17.0

重新检查值

0.003

<0.01

1

<0.002

0.002

<0.01

67.28

0.03

<0.01

15.7

15.58

表 2 C4 材料的机械性能

项目

Rm/N.mm-2

ReL/N.mm-2

A /％

典型值

≥690

≥276

≥40

重新检查值

744

319

72

2. 焊接性分析

（1）镍基耐腐蚀合金对高温开裂非常敏感，焊接时容易发生晶体开裂和液体开裂。
裂纹产生原因：镍、硫、磷在高温下易形成低熔点共晶。 当焊接热输入较大时，焊接接头的颗粒变大，并且有更多的金属间化合物促进碳化物和颗粒之间产生液化裂纹，容易发生热裂纹。 因此，应采取措施控制焊接过程中的焊接热输入，限制焊缝的 S、P 和 Si 含量。
（2） 镍基焊接金属容易产生气孔。
气孔原因：镍基合金的液态金属的迁移率差，气体在焊接状态下无法逸出。 镍基合金的固液温区间小，氧、二氧化碳、氢气等气体在液态镍中的溶解度比较大。 但是当焊缝冷却时，溶解度显着降低，熔池中的气体来不及逸出并形成气孔。 因此，在焊接前必须去除焊缝中引起气孔的油、水等杂质。 可以在焊接材料中添加锰、钛和铌等脱氧元素。 焊接时，应加强焊池的气体保护。

3.哈氏合金 C4焊接工艺的制备

3.1焊接方法和焊接材料

根据产品结构的特点，采用氩弧焊法。 直径为 φ mm 的 ERNiCrMo-7 焊丝。 化学成分见表 3。 焊接时背面采用氩气保护，Ar 纯度为 99.99%，流速为 8~10L/min。
表 3% ERNiCrMo-7 材料的化学成分

化学物质和成分的鉴定

C

. 锰

铁

P

S

四

铜

镍

公司

钛

铬

莫

W

典型值

≤0.015

≤1.0

≤3.0

≤0.04

≤0.03

≤0.08

≤0.50

困惑

≤2.0

≤0.7

14.0-18.0

14.0-18.0

≤0.50

重新检查值

0.001

0.14

0.46

0.006

0.002

0.02

0.02

津贴

<0.11

0.19

15.8

15.73

0.1

表 3.1 钢种 AWS ERNiCrMo-7 的机械性能

屈服强度
R第 0.2 页（百万帕）

拉力
Rm（百万帕）

影响 KV/Ku（J）

伸长率
A （%）

骨折 Z 处
横截面积减少 （%）

热处理

布氏硬度 （HBW）

215 （≧）

979 （≧）

42

11

13

溶液和老化，退火，Auxering，Q+T等。

434

表 3.2 钢种的物理性能 AWS ERNiCrMo-7

温度 （°C）

弹性模量
（GPa）

平均热膨胀系数 10-6/（°C） 20（°C） ~

此导热系数
（W/m·°C）

比热容
（J/kg・°C）

比电阻率
（Ω mm²/m）

密度 （kg/dmXNUMX）

泊松系数 ν

34

–

–

0.33

–

523

584

–

23.3

234

–

632

–

33

11.2

441

433

钢种的热处理 AWS ERNiCrMo-7

热处理：1665°C~1321°C

3.2 沟槽设计

镍基合金液态焊缝金属具有流动性差、熔深浅的工艺特点，因此不易受潮和膨胀。 配件为金属填充提供足够的空间，坡口的根部间隙必须大。 设置坡口角度和较小的切削刃高度，以防止焊接时出现不完全熔化和熔透缺陷，并确保液态焊缝金属填充到坡口中。 程序鉴定测试使用图 2 所示的对接接头的凹槽几何形状。

 

3.4 预热和 Pass-to-Pass 温度控制

一般来说，镍基耐腐蚀合金在焊接前不需要预热，可以在室温下焊接。 如果焊缝温度低于 2°C，将焊缝坡口和两侧超过 300mm 的零件加热至 15~20°C，以防止因冷凝而形成气孔。 道间温度应控制在 100°C 以下，因为焊接过程中过多的焊接热输入和道次温度会导致晶粒尺寸过大，增加高温开裂的趋势，并降低耐腐蚀性。

3.5 焊接工艺参数

基于镍基合金的焊接特性，为了防止热裂纹，有必要减少焊接的热输入。 采用多层多道焊接。 焊接时，不要滚动，尽量做直线运动。 公式化的焊接工艺参数见表 4。
表 4 焊接工艺参数

焊接方法

层数

焊接材料

规格/mm

极性

焊接电流/A

电弧电压/V

焊接速度/厘米。 分钟-1

线性能量/kJ.cm-1

加陶

1

ERNiCrMo-7

.2.4

DCEN

90–110

11-13

10-15 人

≤8.58

加陶

2-5 人

ERNiCrMo-7

.2.4

DCEN

110-140 人

11-13

10-15 人

≤10.92

4. 焊接资格测试

根据 NB/T47014-2011 和技术要求，按照上述建议的焊接工艺，对厚度为 8 mm 的 S31603 和 C4 （N06455） 板材进行了 31603 组焊接工艺评价试验。 这四组是介于 S4 和 C863 之间的焊缝，样本编号为 4 #です。 4 组是 CXNUMX 和 CXNUMX 之间的相焊，样本编号为 XNUMX #。

对无缺陷的试样进行 100% RT 试验和 100% PT 试验后，进行焊接接头的拉伸试验、弯曲试验、晶间腐蚀试验、化学成分分析等试验项目。 按863#：晶间腐蚀试验（2pcs），GB/T15260-1994标准B法接受晶间腐蚀试验的结果。 晶间腐蚀试验（2pcs），按GB/T15260-1994标准B通过。 其他项的测试结果见表 5-7。
表 5 拉伸测试结果

样本编号

拉伸强度：N·mm-2

骨折位置和特征

863# -1

620

热影响区的塑性断裂

863# -2

620

热影响区的塑性断裂

864# - 1

735

热影响区的塑性断裂

864# - 2

735

塑性断裂热影响区

表 6 弯曲测试结果

样本编号

样本类型

弯曲角度/°

测试结果

863#

面弯曲

180

合格 （2 件）

863#

背曲

180

合格 （2 件）

864#

面弯曲

180 元

合格 （2 件）

864#

背曲

180

合格 （2 件）

表 7 焊缝化学成分 （%）

化学元素

C

四

锰

S

P

镍

铬

莫

铁

公司

钛

863 # 样品（熔接线中心线外）

0.003

0.02

0.16

0.005

0,023

67。 28

15.69

14.95

1。 28

0.05

0.07

864 # 样本

0.002

0.03

0.06

0.007

0.025

67.68

16

14.63

1.17

0.07

0.04

从测试结果可以看出，863#样品的抗拉强度值大于最小值490N/mm。2 不锈钢 S31603 标准中规定的抗拉强度。 样品编号 864# 的拉伸强度值大于最小值 690 N/mm。2 固体哈氏合金 C4 标准中规定的拉伸强度。 这完全是关于焊接接头热影响区的塑性断裂。 当两组评价面弯曲和后弯试样弯曲至180°时，拉伸面和热影响区焊接接头无开放缺陷，符合NB/TXNUMX标准的要求。 晶间腐蚀试验样品在铜-硫酸铜-24%硫酸溶液中连续加热16小时后，应进行弯曲试验，拉伸表面应无裂纹等缺陷，并符合下列标准要求： 焊接接头的耐腐蚀性好。 无损检测合格后，可以看出，将试样用于机械性能检测。 焊接接头的拉伸强度和弯曲性能结果满足 NB/T47014-2011 的要求。 对焊接接头的化学成分和晶间腐蚀试验进行认证，证明焊接工艺良好，可以保证焊接接头的机械性能和耐晶间腐蚀性能。

5. 焊接接头的金相检查

为了进一步了解开发的焊接工艺对焊接接头的影响，对样品进行了宏观和微观金相检查。 将取 863 组 864 个样本进行评估，样本编号分别为 XNUMX # 和 XNUMX #。
使用 10 倍放大镜进行粗略金相检查，XNUMX 个样品的焊接接头横截面无气孔、夹渣、裂纹、熔化不完全、渗透不完全等缺陷。
显微金相检查如图 3、4 和 863 所示。 31603#样品的测试结果：S4母材和热影响区为奥氏体+痕δ铁素体组织，焊接接头为奥氏体+痕δ铁素体组织，C864侧热影响区和母材为奥氏体组织。 4# 样品测试结果：母材和 CXNUMX 侧的热影响区为奥氏体结构，焊接接头为在奥氏体中添加了微量δ铁素体的结构。 从显微组织图中可以看出，XNUMX 个样品的焊接接头细小致密，无大颗粒群和有害相析出，焊接工艺性能好。

图 3 863# 样品的微观结构

图 4 864# 样品的微观结构

6. 总结

（1） 哈氏合金 C4 属于 Ni-Cr-Mo 镍基耐腐蚀合金，具有单相奥氏体结构。 焊接时容易造成高温裂纹和气孔。 通过采用这种焊接工艺，您可以获得高质量的焊接接头。

（2）采用氩弧焊法，使用ERNiCrMo-7焊丝，背面采用纯氩保护，焊前严格清洁焊丝和坡口表面，使坡口角度大小适当。 采用热输入，道次间温度控制在 100°C 以下，进行多层多道焊接。 根据工艺评价试验，C4 和 C4 焊接接头的抗拉强度为 735 N/mm。2C4 和 S31603 焊接接头的抗拉强度为 620N/mm。2。 前弯和后弯都符合条件。 根据GB/T15260-1994标准B允许的晶间腐蚀，表明焊接接头的机械性能和耐腐蚀性符合标准要求。

（3）焊接接头的焊缝部分为奥氏体+微量δ铁素体组织，热影响区，C4侧基为奥氏体组织，热影响区，S31603侧基为奥氏体+微量δ铁素体组织，焊接接头结构细，无粗晶粒，无有害相析出，焊接工艺性能好。