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一、前言 C-276合金是抗腐蚀的Ni-Mo-Cr合金,它对大部分氧化性和还原性腐蚀介质具有极好的耐蚀性能,对点蚀、缝隙腐蚀以及应力腐蚀开裂等局部腐蚀也具有良好的耐蚀能力,同时具备良好的加工成型性能和焊接性能,现广泛应用于各种耐蚀性要求较高的工况。 我公司为以后承接C-276合金产品做准备,开展了焊接试验,摸索C-276合金的焊接工艺,并进行了焊接工艺评定。 二、C-276合金的焊接特点 1. C-276合金的化学成份: Cr
| Fe
| C
| Mn
| Si
| Mo
| W
| Co
| V
| P
| S
| Ni
| 14.5-16.5
| 4.0-7.0
| ≤0.01
| ≤1.0
| ≤0.08
| 15.0-17.0
| 3.0-4.5
| ≤2.5
| ≤0.35
| ≤0.04
| ≤0.03
| 余
|
2
焊丝ERNiCrMo-4的化学成分(%) C | Cr | Mo | Fe | V | Co | W | Mn | Si | P | S | Ni | ≤0.02 | 14.5-16.5
| 15.0-17.0
| 4.0-7.0
| ≤0.35
| ≤2.5
| 3.0-4.5
| ≤1.0
| ≤0.08
| ≤0.04
| ≤0.03
| 余 | |
3
焊条ENiCrMo-4的化学成分(%) C | Cr | Mo | Fe | V | Co | W | Mn | Si | P | S | Ni | ≤0.02 | 14.5-16.5
| 15.0-17.0
| 4.0-7.0
| ≤0.35
| ≤2.5
| 3.0-4.5
| ≤1.0
| ≤0.2
| ≤0.04
| ≤0.03
| 余 | |
4. C-276合金的力学性能: σb≥690MPa σ0.2 ≥283MPa δ4≥ 40%
HRB ≤ 100(HV10≤ 253)
5. C-276合金的焊接特点
1). C-276合金线膨胀系数大,具有较高的热裂纹敏感性,焊接时易产生热裂纹,如凝固裂纹、多边化裂纹和高温失塑裂纹。结晶裂纹最容易发生在焊道弧坑,形成火口裂纹,多半沿焊缝中心线纵向开裂,也有垂直于焊道。液化裂纹多出现在紧靠熔合线的热影响区中,有的还出现在多层焊的前层焊缝中。高温失塑裂纹既可能发生在热影响区中,也可能发生在焊缝中。各种热裂纹有时是宏观裂纹,但有时仅有微观裂纹。热裂纹发生在高温下,常温下不再扩展。
要提高焊缝的抗裂能力和耐腐蚀性能,需特别注意焊前焊接区的彻底清洁及工件的清理,避免有害杂质熔入焊缝。非常重要的一点是要保证首层焊道外表面呈外凸的形状,另外填满弧坑也可以有效防止热裂纹的产生。
2). 焊接时一般不需要预热,但当母材温度低于15℃以下时,应对接头两侧250-300mm宽的区域加热到15-20℃,以免湿气冷凝导致焊缝气孔。为了防止焊缝和热影响区的晶粒长大和碳化物的析出,应控制低的层间温度,一般不超过93℃。由于敏化温度区内晶界易发生贫Cr、贫Mo现象,导致晶间腐蚀和应力腐蚀倾向发生。避免焊接区在高温停留时间过长,注意快速冷却就可以防止腐蚀倾向。
3). C-276合金液态金属流动性差,接头的坡口角度需较大些;另外其焊缝金属熔深浅,易形成未焊透,接头的钝边厚度要较小一些,焊接时线能量不能过小;但不能通过增大焊接电流来提高它的工艺特性,焊接电流超过推荐范围不仅使熔池过热,增大热裂纹敏感性,而且使焊缝金属中的脱氧剂蒸发,出现气孔,为防止焊缝和热影响区的晶粒长大及碳化物的析出,一般需采用较小的焊接线能量焊接C-276合金。所以在焊接时应采用中等电流,焊速较快,通过减少高温停留时间来控制焊接线能量。
4).焊接快速冷却时,焊缝中的气体若来不及逸出,就易形成气孔。焊前彻底清理坡口及附近的氧化层,各种涂料、油污等,可以防止气孔的产生。
三、C-276合金的焊接工艺试验
1.试板的存放
用于C-276合金试板预制加工和焊接的工具应为专用工具,并要妥善保管,保持清洁干净。
防止铁离子污染,尽量避免使用碳钢和低合金钢制工具接触C-276合金。如必须使用锤或钢丝刷时,可使用不锈钢锤和奥氏体不锈钢钢丝刷。
2. 焊前清理
为确保焊接质量,焊前对焊件的焊接保护区和焊丝必须进行严格、仔细的清理。
3. 接头设计
坡口角度过小或根部间隙过窄都会引起焊缝表面内凹,往往会导致沿焊缝根部熔合不良。
4. 焊接工艺试验过程及试验结果
1). 母材性能试验:
a. 化学成份分析:
C
| Mn
| Si
| S
| P
| Cr
| Ni
| Fe
| Mo
| V
| W
| Co
| 0.01
| 0.46
| 0.02
| 0.003
| 0.009
| 15.07
| 57.28
| 6.58
| 15.68
| 0.17
| 3.37
| 0.80
|
b.力学性能及硬度试验结果:
项目 | σb (MPa) | σs (MPa) | δ10 | ψ | 弯曲试验
| 硬度HV10及组织
| d=3a,a=10mm, α=180°
| 试验结果
| 445
| 775
| 63.0
| 84.0
| 冷弯 1件合格
| 奥氏体
| 213.212.218
| 445
| 780
| 63.0
| 81.0
|
c.金相照片:
d.腐蚀试验:ASTM
G28A法1件通过。
按ASTM
G28A标准,腐蚀率<12mm/年为合格。 腐蚀率:4.44g/m2h(≈4.3mm/年) 2).焊条电弧焊工艺试验: (1). 试板规格:120×300×10
1对 (2). 焊材:ENiCrMo-4
φ4.0 焊前焊条进行150℃烘干并保温2h,使用时放入焊条保温筒内,随用随取,焊条在炉外不宜超过4h。 (3). 坡口型式: 焊接道数 | 预热温度(℃) | 层间温度(℃) | 电源种类及极性 | 焊接电流 (A) | 焊接电压 (V) | 焊接速度 (mm/min) | 1 | 15 | 15-93 | 直流反接 | 120-130 | 22-24 | 200-230 | 2-6 | — | 15-93 | 直流反接 | 145-150 | 22-24 | 200-230 |
(4). 焊接工艺参数: (5). 试验结果:
a. 焊缝化学成份分析:
C
| Mn
| Si
| S
| P
| Cr
| Ni
| Fe
| Mo
| V
| W
| Co
| 0.01
| 0.27
| 0.17
| 0.007
| 0.010
| 14.75
| 57.7
| 5.84
| 16.97
| 0.13
| 3.35
| 0.39
|
b.力学性能及硬度试验结果:
项 目 | σb (MPa) | 弯曲试验
| 硬度HV10及组织
| d=4a,a=10mm, α=180°
| 焊 缝
| 热影响区
| 母 材
| 试验 结果
| 790,760 (断于母材)
| 面、背弯各 2件合格
| 奥 氏体
| 210.210 .213
| 奥 氏体
| 228.228. 230
| 奥 氏体
| 196.196. 198
| | | | | | | | | |
c.金相照片:
焊缝 热影响区
d.腐蚀试验:ASTM
G28A法1件通过。
试验测得腐蚀率:8.86g/m2h(≈8.59mm/年) 3).手工钨极氩弧焊工艺试验: (1). 试板规格:120×300×10
1对 (2). 焊材:ERNiCrMo-4
φ2.4 (3). 坡口型式:
(4). 焊接工艺试验参数: 焊接 道数 | 预热 温度(℃) | 层间 温度(℃) | 焊接 电流 (A) | 焊接 电压 (V) | 焊接速度 (mm/min) | 保护 气体 | 气体流量 (L/min) | 背面 气体流量 (L/min) | 1 | 15 | 15-93 | 90-110 | 11-13 | 130-140 | Ar | 8-12 | 8-12 | 2-8 | —— | 15-93 | 120-125 | 11-13 | 210-220 | Ar | 8-12 | — |
(5). 试验结果:
a. 焊缝化学成份分析:
C
| Mn
| Si
| S
| P
| Cr
| Ni
| Fe
| Mo
| V
| W
| Co
| 0.01
| 0.39
| 0.03
| 0.003
| 0.008
| 15.87
| 56.57
| 6.12
| 16.79
| 0.17
| 3.46
| 0.15
|
b.力学性能及硬度试验结果:
项 目 | σb (MPa) | 弯曲试验
| 硬度HV10及组织
| d=4a,a=10mm, α=180°
| 焊 缝
| 热影响区
| 母 材
| 试验 结果
| 795,810 (断于母材)
| 面、背弯各 2件合格
| 奥 氏体
| 236.236. 236
| 奥 氏体
| 228.227. 225
| 奥 氏体
| 193.193. 192
| | | | | | | | | |
c. 金相照片:
焊缝 热影响区
d.腐蚀试验:ASTM
G28A法1件通过。
腐蚀率:8.61g/m2h(≈8.35mm/年) 四、试验总结:
C-276镍基合金的流动性差,为避免焊接缺陷的产生,需要低热输入量,采用多层多道焊以及短弧焊,手工钨极氩弧焊必须采取严格的背面充氩保护措施防止背面焊缝氧化。经实践检验,这些工艺措施达到了预期的效果。通过试验,总结如下:
1.经试验表明,所制定C-276合金的焊条电弧焊及手工钨极氩弧焊焊接工艺是正确可行的。
2.所进行的焊接工艺评定试验结果全部满足标准的要求。
3.根据试验表明,我公司(www.wxalloy.com)完全有能力生产质量合格的C-276合金产品。
哈氏合金C-276焊接
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