鎳基合金C-276焊接

摘 要:對鎳基合金C-276焊接工藝問題進行了探討，介紹了瀘州電廠新建2*600MW工程中對1#機組脫硫工程中高合金C-276薄金屬襯里的焊接工藝。

關(guān)鍵詞:脫硫;鎳基合金C-276;薄金屬襯里;焊接工藝

中圖分類號:TQ

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)07-0327-02

現(xiàn)代煙氣脫硫裝置中，采用耐蝕合金以抵抗腐蝕性很強的煙氣冷凝液、煙氣洗滌液的腐蝕。在FGD裝置中腐蝕性最強的區(qū)域，應用最多，最經(jīng)典的耐蝕合金是C-276合金(UNS N10276).一般多采用薄板貼襯或復合板的制造工藝，以降低FGD系統(tǒng)的投資費用。為了適應C-276高合金的不斷發(fā)展對焊接專業(yè)的要求，電廠焊接現(xiàn)在最關(guān)鍵的任務是利用現(xiàn)有工藝，結(jié)合實踐經(jīng)驗，總結(jié)出更先進的電廠耐蝕合金的焊接工藝和技術(shù)。此次焊接主要是吸收塔一、二、三層隔板和進口煙道的薄金屬襯里的焊接工作，焊縫總長約為2300多米，特殊工藝塞焊孔槽約為1900個。

1 C-276化學成分和化學物理性能

表1 C-276合金典型化學成分

元素

重量(%)

UNSN10276AL-276

C≦0.010.004

Mn≦1.00.15

P≦0.040.005

S≦0.030.002

Si≦0.080.03

Cr14.5-16.515.50

Ni余量余量

Mo15.0-17.016.0

W3.0-4.53.50

V≦0.350.15

Co≦2.50.10

Fe4.0-7.06.0

在FGD系統(tǒng)中，不銹鋼失效的主要原因是點腐蝕和縫隙腐蝕。C-276合金中的高Cr、 Mo元素含量提高了該合金的抗點腐蝕，抗縫隙腐蝕能力，高N不僅穩(wěn)定了合金的奧氏體組織，同時進一步提高了合金抗點腐蝕、縫隙腐蝕的能力。

下表為C-276合金與其他三種合金按照ASTMG48-B進行縫隙腐蝕試驗所得的試驗數(shù)據(jù)。

表2 各種合金臨界縫隙腐蝕溫度

合金牌號臨界縫隙腐蝕溫度

316L-2.5C0

AL-6XN45C0

AL-62545C0

C-276﹥60C0

C-276合金中高Ni、Mo含量提供了優(yōu)異的耐氯化物應力腐蝕的能力。

表3 各種合金經(jīng)不同腐蝕劑腐蝕后的彎曲試驗結(jié)果

試驗溶液沸騰

U型彎曲試驗結(jié)果(小時)

316LAL-6XNAL-625C-276

42%MgCL224，斷裂1000，斷裂≧1000，未斷裂≧1000，未斷裂

33%LiCL100，斷裂≧1000，斷裂≧1000，未斷裂≧1000，未斷裂

26%CaCL2300，斷裂≧1000，斷裂≧1000，未斷裂≧1000，未斷裂

C-276耐蝕合金的顯微結(jié)構(gòu)均為奧氏體組織。因此，這些合金具有奧氏體鋼的一般通性，如無磁性，延展性好，低溫韌性好，沖擊韌性值高，倔強比低，加工硬化率高，熱膨脹系數(shù)較高，導熱性較差等。下面的表4是C-276在室溫條件下的力學性能值。

表4 國外煙氣脫硫裝置中C-276耐蝕合金的

物理性能及力學性能(ASTM標準數(shù)據(jù))

合金牌號密度g/cm3熱膨脹系數(shù)m/m/0c*10-6導熱率W/m0C抗拉強度MPa屈服強度延伸率%硬度HRB

N102768.8911.27.2≧690≧283≧40≦100

C-276耐蝕合金襯板的厚度為1.6mm的薄板易靈活地彎曲變形，焊接方便，貼合度好，不易發(fā)生機械破壞。由于C-276具有一般奧氏體鋼的通性，我們借鑒普通不銹鋼的焊接方法，來實踐C-276的焊接特性。焊接材料為進口的ERNiCrMo-4(C-276)。

2 焊前準備

(1)所以焊接材料應儲存在潔凈、干燥的地方。

(2)基層表面必須清潔無氧化物或者氧化皮，腐蝕產(chǎn)物，油污，油脂及其他外來物質(zhì)，以獲得有效的機械結(jié)合面。采用噴砂技術(shù)來清潔表面，基層表面應足夠光滑，無鼓突和凹坑，以便和襯里薄板貼合。如果表面生銹，則應在清潔后涂防銹劑，注意避免污染金屬襯里。機械切割的邊緣應清潔且無毛刺和油污。進行熱切割的材料，切割后的邊緣應清除熔渣使呈現(xiàn)金屬光澤。再焊接之前所以的焊接表面都應清潔干燥。

(3)焊工進行焊前練習。

3 焊接方法和工藝

據(jù)資料顯示，此種合金焊接一般采用GMAW和GEAW兩種焊接方式，下面對這兩種焊接方式進行比較。

3.1 GMAW(MIG)

在GMAW焊接過程中，電弧在可消耗的焊絲和工件之間產(chǎn)生(焊絲直徑有一個范圍，一般在0.89-1.2mm之間)。電弧和熔敷金屬被保護氣體所保護，保護氣體通常為惰性氣體如氬氣和氦氣，或含有少量活性氣體如二氧化碳、氧氣和氫氣等。添加少量活性氣體可以除濕和提高電弧的溫度。兩種最常用的模式為短路轉(zhuǎn)換和脈沖轉(zhuǎn)換。GMAW焊接速度比GTAW要快得多，能得到被基層金屬稀釋最小的高質(zhì)量焊縫。GMAW比其他焊接方法具有更多的焊接參數(shù)，如電流，焊接速度，電弧特性和保護氣類型等。某些新式電源，如疊加脈沖電弧電源，能夠控制多種焊接工藝參數(shù)，包括脈沖速率的控制。

優(yōu)點:

(1)GMAW具有較高的焊接速度，其焊接速度比GTAW和SMAW要快得多。

(2)操作者可以相對容易得控制基層的稀釋作用。

(3)在施焊區(qū)域狹窄或在腳手架上時，可用單手操作。

(4)不會產(chǎn)生夾渣缺陷。

局限性:

(1)除非仔細控制各種焊接參數(shù)，否則焊道，特別是短弧焊道可能形成冠狀焊縫或高增強焊縫。

(2)一些焊接參數(shù)或控制參數(shù)取決于焊工的操作，從而使恰當?shù)恼{(diào)節(jié)變得很復雜。

(3)電源設(shè)備較GTAW和SMAW的設(shè)備貴。

(4)熟悉薄板襯里焊接的焊工有限，可能需要進行后續(xù)的焊工培訓。

3.2 GTAW

在GTAW焊接過程中，電弧在不可消耗的鎢極和工件之間產(chǎn)生，鎢極和焊道被惰性氣體所保護。填充金屬用手工送入。

GTAW焊接方法是兩種焊接方法中焊接速度最慢的一種。當進行無蓋帽塞焊時，焊工應注意減少基層的稀釋作用。可以通過選擇適當?shù)奶畛浣饘伲龃筇畛浣饘俸瓦m當調(diào)節(jié)電弧方向來減少稀釋作用。

GTAW焊接的焊縫通常具有良好的外觀，焊縫金屬與襯里表面融合較好，焊后不須修磨。由于可控制范圍大，GTAW常用于對其他焊接方法焊接的焊縫修補。

優(yōu)點:

(1)GTAW在兩種焊接方法中具有最好的焊接質(zhì)量。

(2)焊道的形狀容易控制且很少需要修磨。

(3)GTAW適于進行小型焊縫的修補。

(4)GTAW設(shè)備較GMAW便宜。

局限性:

(1)焊接速度低，較GMAW低1/3.

(2)當和基層金屬焊接時，焊工必須添加足夠的填充金屬以補償基層的稀釋作用。

(3)GTAW焊接是雙方操作，在狹小的區(qū)域或在腳手架上操作困難。

結(jié)合實際，綜合經(jīng)濟，設(shè)備方面，人員等方面的原因，瀘州現(xiàn)場采用了GTAW的焊接方法，保證最好的焊接質(zhì)量，使焊縫金屬及熱影響區(qū)耐蝕性的降低最小。

我們采用GTAW的焊接方法后，制定了嚴格的焊接工藝，并對焊接全過程進行完全監(jiān)控，保證焊接質(zhì)量。現(xiàn)場要求焊工錯開引弧和收弧位置，比避免局部焊接溫度過高影響焊接質(zhì)量。

焊前檢查是否清潔徹底，避免焊接過程中出現(xiàn)氣孔、夾渣。焊接時，只能在母材融化表面或沉積的焊接金屬起弧。焊接過程中控制好線能量，不要過大，防止由于合金襯里厚度太薄而引起過燒。尤其對于密封焊，熱輸入量很重要，它將影響很多合金的抗腐蝕性能。焊層層間溫度應不超過1000C。緊密定位焊采用跳焊，必須控制變形和透焊，焊縫應盡量小。搭接焊縫的角焊縫焊接厚度要有1.6mm。焊工操作技術(shù)要熟練，送絲速度要穩(wěn)、快，認真觀察熔化狀態(tài)，收弧注意將弧坑熔池填滿，避免出現(xiàn)弧坑裂紋。

表5 GTAW焊接工藝參數(shù)(密封焊、定位焊、塞焊)

貼襯板材質(zhì):C-276

焊接材料:φ1.2-1.6mm ERNiCrMo-4(C-276)

焊接位置:全位置

預熱:低溫環(huán)境中可能需要，以防止在焊接區(qū)產(chǎn)生冷凝水霧

保護氣:≧99.99%氬氣

電源極性:負極

鎢極直徑:φ1.6mm或φ2.4mm

焊接電流:40～60A

焊接電壓:10～13V

焊接速度:手工焊:120～160mm/min

4 焊接過程

首先采用定位焊，定位焊是連接襯里合金邊緣和基層的焊縫。定位焊角焊縫的長度200mm，大致間隔20mm。焊接中應盡量減少襯里材料的變形。襯里材料應壓貼在基層表面上，以便和基層緊密貼合。安裝工作臺或腳手架時應防止損傷襯里合金。在定位焊之前，點焊固定薄合金板。密封焊之前圍繞薄合金板點焊，以保持襯里板邊緣于基層板密切接觸。點焊點應盡可能小，以避免開裂。襯里薄板之間的焊縫應為搭接焊縫，搭接焊縫有25mm的重疊區(qū)。組成搭接焊縫的合金應盡可能貼近，合金板之間的距離為1.6mm(見圖1)。

圖1 合金薄板搭接形式

為使薄合金板與基板連接更為可靠，避免薄合金板的震動和撓曲，采用間斷焊-塞焊。塞焊即先在貼襯板上沖剪塞焊孔，然后用焊絲熔穿后與基層碳鋼第一層熔合。塞焊的預沖孔直徑為9.0mm-25mm，或為25*50mm的長方形槽。不加蓋的塞焊至少應焊兩個道次，防止基層金屬對合金襯里的稀釋而造成塞焊區(qū)耐蝕性能的降低。為增加塞焊的防腐蝕能力，塞焊上加蓋小合金片。

焊接期間在C-276合金表面生成的氧化膜因為缺饹需除去，以獲得最佳耐蝕性能，酸洗可以除去這層與基體金屬結(jié)合緊密的氧化膜，當C-276合金的氧化膜難以去除時，采用不銹鋼絲刷，然后浸泡在硝酸加氫氟酸溶液中，最后用清水沖洗干凈。

5 質(zhì)量檢驗

焊后，清除焊縫區(qū)域的焊渣和飛濺，保持焊縫圓滑、清潔、美觀，焊工應認真進行自檢。檢驗人員要對所有焊縫進行外觀檢查，焊縫應光潔。無明顯的凹凸，無咬邊、氣孔和疏松，尺寸符合規(guī)定，質(zhì)量優(yōu)良。焊縫金屬及熱影響區(qū)應為銀白色，稻草黃。淺藍色。深藍色、彩虹色、灰色和白色的焊縫和熱影響區(qū)表示已被污染，應判廢。判廢的焊縫及熱影響區(qū)應采用磨削、重焊的方式修理。

根據(jù)ASME第五部分第六節(jié)的要求，對焊縫進行100%的滲透檢驗，Ⅰ級合格。當檢驗結(jié)束后，所有燃料和顯色劑從焊縫中去除。缺陷及時處理，裂紋應重新打磨并焊接。裂紋不能采用再熔化焊縫材料或另外添加焊接金屬方法進行修補，熔化現(xiàn)有焊縫的修補方法只能用于微小缺陷，如氣孔或針孔。

6 總結(jié)

C-276耐蝕合金焊接過程要注意以下幾點:

(1)嚴格按照特定的焊接順序

(2)掌握合金薄板的點焊、定位焊、塞焊的焊接工藝

(3)嚴格控制熱輸入量

(4)嚴格控制層間溫度。

我們通過精心的準備，認真的總結(jié)，不斷的實踐，選用科學、嚴謹?shù)暮附庸に嚰凹夹g(shù)要求。用14天時間就完成了吸收塔各層隔板和進口煙道的薄合金襯里的焊接工作，質(zhì)量達到國際優(yōu)良標準。受到監(jiān)理和甲方的好評。

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