哈氏合金C—276的焊接

劉鐵軍 唐照國 梁珊初 黃煜 金小芳

我公司車間生產項目中有一臺刮膜蒸發器，容器內介質主要含量為氯離子，容器要求光潔度高，若使用一般的超低碳不銹鋼，不足以耐高含量氯離子的腐蝕，因此設計時選用了哈氏合金C—276作為耐蝕材料，以提高設備的使用壽命。

由于哈氏合金C—276本身具有特殊的力學性能和焊接性，如果制作過程中掌握不好，其耐蝕性能和力學性能都會受到影響。為此，在使用該材料制作產品時，采取了一些焊前及焊接時的必要措施，獲得性能良好的焊接接頭，以保證產品的安全性和使用性。

1. 耐腐蝕性能

哈氏合金C—276屬于鎳基合金，硅碳含量極低，在氧化和還原兩種狀態中，對大多數腐蝕介質具有優異的耐腐蝕性能；有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕性能，主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。同時，哈氏合金C—276是僅有的幾種耐潮濕氯氣、次氯酸鹽及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，對高濃度的氯化鹽溶液有顯著的耐蝕性，因此，在苛刻的腐蝕環境中，如化工、石油化工及環保等工業領域有著相當廣泛的應用。

2. 力學性能

哈氏合金C—2 7 6的抗拉強度≥730MPa，伸長率≥40%，硬度HRB≤100。其熱成形是在1 150℃時立即退火，并以水急冷。對哈氏合金C—276進行冷變形加工會使其強度增加。哈氏合金C—276和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能，但由于其比普通奧氏體不銹鋼的強度要高，所以在冷成形加工過程中會有更大的應力。此外，這種材料的加工硬化速度比普通不銹鋼快得多。

圖1 試板焊縫

3. 焊接工藝評定

壓力容器產品施焊前，按NB/T47014—2011進行焊接工藝評定。由于材料第一次使用，焊接工藝評定前先進行試板試焊，試焊兩塊厚度為8mm試板，試板S1和試板S2采用的焊接電流相同，焊接速度和層間溫度不同。試板S1焊接速度慢、層間溫度未控制；試板S2焊接速度快、層間溫度＜60℃，兩塊試板的焊縫如圖1所示。從圖1可以看出，S2試板焊縫表面呈銀白色，焊接質量好。

焊接工藝評定試件的規格為400mm×125mm×10mm，焊接方法采用鎢極氬弧焊和焊條電弧焊組合。氬弧焊所用焊機型號為WSM315，采用高頻引弧；焊條電弧焊所用焊機型號為ZXG1—300。根據試焊情況采用快速焊接并控制層間溫度，坡口及焊接順序如圖2所示，采用的焊接參數如表1所示，焊接試驗結果如表2所示。坡口形式及加工、清理和其他操作方法等與產品施焊基本相同。

圖 2

4. 晶間腐蝕試驗

為驗證焊接接頭是否耐腐蝕，按GB433 4—200 8方法B進行了硫酸-硫酸鐵法晶間腐蝕試驗。為比較采用不同焊接方法得到焊接接頭的腐蝕速率，選取4個晶間腐蝕試樣試驗，2個試樣（F01，F02）盡量靠近焊縫背面（氬弧焊焊道側）取樣，另外2個試樣（F03，F04）盡量靠近焊縫正面（焊條電弧焊焊道側）取樣，晶間腐蝕試驗結果如表3所示。從表3可看出，氬弧焊側的試樣腐蝕率低，說明氬弧焊焊接更耐腐蝕。

5.產品主殼體的焊接

產品主殼體材料為哈氏合金C — 276 ， 規格為φ500mm×12mm，L=2 500mm。

（1）焊前準備 第一，因為哈氏合金C—276高溫時極易被氧化，極大地降低其抗腐蝕性能，所以焊前須做好一些必要的準備。鎢極氬弧焊時，氬弧焊槍應采用帶有濾網的大噴嘴，目的是讓噴出來的氬氣面積寬而均勻（即層流），利于對熔池的充分保護，如用一般的氬弧焊槍則應在焊接時加后保護拖罩。為此專門制做了一個背面氬氣保護罩（見圖3），保護罩為長方形不銹鋼空心盒，盒內置兩塊孔徑為0.071mm（200目）的不銹鋼絲網，盒子中心焊接一個接管，接入氬氣皮管。為使氬氣保護充分均勻，還要準備好耐高溫膠帶紙，焊接時貼在焊縫表面，以使背面保護的氬氣不被空氣混亂。

第二，從哈氏合金C—276的力學性能可看出，此材料的硬度極高，而且冷加工時會產生加工硬化，使硬度變得更高，因此采用刨邊機加工坡口時，刨刀應選用高硬度、高耐磨的鎢鈷合金刀，并加冷卻油冷卻。如沒有刨邊機，可用不銹鋼磨光片，緩慢地打磨出坡口。設計坡口形式應依據盡量少的焊接填充量、便于操作、利于成形和盡量避免缺陷產生等原則進行，殼體縱、環縫坡口如圖4所示。

第三，焊前將坡口表面及兩側20mm范圍內不利于焊接的雜物清理干凈，并用丙酮清洗后再采用鎢極氬弧焊將工件組焊。組焊時焊縫背面也應通氬氣保護。

表1 焊接參數

表2 試驗結果

表3 晶間腐蝕試驗結果

圖3 氬氣保護罩示意

圖4

（2）焊接 焊接方法：在物料接觸一面均采用鎢極氬弧焊焊接，氬氣采用純氬（99.99%Ar）。根據產品主殼體規格選定焊接方法為鎢極氬弧焊和焊條電弧焊。

焊接材料： 焊絲選用ERNiCrMo—4，焊條選用ENiCrMo—4。

焊接過程：焊接在室內操作，并為專用有色金屬焊接區，室溫為常溫，不需要預熱，室內環境清潔，空氣干燥適合焊接。焊接參數如表4所示。

鎢極氬弧焊操作時要注意氬氣保護和送絲及收弧，焊條電弧焊操作時要注意穩弧。

具體操作要領如下：

第一，鎢極氬弧焊操作要領。焊接縱縫時用背面保護罩罩住整條縱縫，正面用膠帶紙密封，氬氣保護罩內通入氬氣20s后，再從引弧板上起弧，并將膠帶紙撕開一小段以便于焊接，焊接一段撕開一段膠帶紙，同步進行。焊接環縫時，一人焊接，一人拿著氬氣保護罩緊跟焊槍移動，保護罩要貼緊筒壁。第1道打底焊為鎢極氬弧焊，采用較大的焊接電流和較快的焊接速度，不擺動，使焊縫很薄，填滿間隙即可，這樣既保證焊透又保持了低的熱輸入，使熔池冷卻較快，便于快速結晶。第2～4道仍采用鎢極氬弧焊，目的是為保持更好的抗腐蝕性能。第2道焊縫寬度較窄，焊接時仍不需要擺動，焊接電流稍減小，焊接速度稍微減慢，以便焊道厚度加大。第3、4道為填充焊，需擺動，焊接參數和第2道相當。第2、3道焊接時焊縫背面仍需通氬保護。第4道焊接時，因前面已有較厚的焊道保護，可以不用通氬保護，每條焊道焊前應控制道間溫度≤60℃。道間清理采用不銹鋼鋼絲刷，將焊道表面清刷一遍，冷卻后用丙酮清洗焊絲、焊道及坡口表面，待焊絲和坡口干燥后再焊接，焊接時控制好手勢，保持好電弧電壓，防止因電弧不穩而產生缺陷。更換焊絲時應注意收弧，收弧最好停留在母材上，以防止弧坑裂紋的產生。

第二，焊條電弧焊操作要領。焊條按規定烘烤，用焊條保溫筒領用。焊條焊接時應調節好電流，不能過大，并控制好焊接熱輸入（主要控制焊接速度），防止晶粒粗大和焊縫表面顏色不好（焊縫表面顏色最佳為銀白色，其次為金黃色，其他顏色均不好，影響焊接接頭性能）。第5～7焊道均采用焊條電弧焊，道間必須把熔渣清理干凈，再用不銹鋼鋼絲刷刷一遍，然后用壓縮空氣吹干凈，并用丙酮清洗，待干燥后，再焊接下一焊道。焊接接頭處應修磨好以便接弧，焊接采用短弧焊，第6、7焊道焊接時需擺動焊。

焊后檢測：焊后進行外觀檢測，焊縫表面呈銀白色略帶金黃色（見圖5），并無可見缺陷，再進行RT射線檢測。根據JB4730.2—2005標準評定級別為I級，焊縫內部和外觀均合格。

圖5 筒體縱縫

6.結語

通過產品的制造及驗收，并經客戶幾個月的使用證明，對于哈氏合金C—276的焊接，只要選擇正確的焊接工藝和操作方法，就可以獲得優質的焊接接頭，從而能保證產品的安全性和使用性。

表4 焊接參數

[1] 胡特生.電弧焊[M].北京：機械工業出版社，1994.

[2] 張文鉞.焊接冶金學[M].北京：機械工業出版社，1993.