哈氏合金C—276的焊接

刘铁军 唐照国 梁珊初 黄煜 金小芳

我公司车间生产项目中有一台刮膜蒸发器，容器内介质主要含量为氯离子，容器要求光洁度高，若使用一般的超低碳不锈钢，不足以耐高含量氯离子的腐蚀，因此设计时选用了哈氏合金C—276作为耐蚀材料，以提高设备的使用寿命。

由于哈氏合金C—276本身具有特殊的力学性能和焊接性，如果制作过程中掌握不好，其耐蚀性能和力学性能都会受到影响。为此，在使用该材料制作产品时，采取了一些焊前及焊接时的必要措施，获得性能良好的焊接接头，以保证产品的安全性和使用性。

1. 耐腐蚀性能

哈氏合金C—276属于镍基合金，硅碳含量极低，在氧化和还原两种状态中，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性能；有出色的耐点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀性能，主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。同时，哈氏合金C—276是仅有的几种耐潮湿氯气、次氯酸盐及二氧化氯溶液腐蚀的材料之一，对高浓度的氯化盐溶液有显著的耐蚀性，因此，在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工及环保等工业领域有着相当广泛的应用。

2. 力学性能

哈氏合金C—2 7 6的抗拉强度≥730MPa，伸长率≥40%，硬度HRB≤100。其热成形是在1 150℃时立即退火，并以水急冷。对哈氏合金C—276进行冷变形加工会使其强度增加。哈氏合金C—276和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能，但由于其比普通奥氏体不锈钢的强度要高，所以在冷成形加工过程中会有更大的应力。此外，这种材料的加工硬化速度比普通不锈钢快得多。

图1 试板焊缝

3. 焊接工艺评定

压力容器产品施焊前，按NB/T47014—2011进行焊接工艺评定。由于材料第一次使用，焊接工艺评定前先进行试板试焊，试焊两块厚度为8mm试板，试板S1和试板S2采用的焊接电流相同，焊接速度和层间温度不同。试板S1焊接速度慢、层间温度未控制；试板S2焊接速度快、层间温度＜60℃，两块试板的焊缝如图1所示。从图1可以看出，S2试板焊缝表面呈银白色，焊接质量好。

焊接工艺评定试件的规格为400mm×125mm×10mm，焊接方法采用钨极氩弧焊和焊条电弧焊组合。氩弧焊所用焊机型号为WSM315，采用高频引弧；焊条电弧焊所用焊机型号为ZXG1—300。根据试焊情况采用快速焊接并控制层间温度，坡口及焊接顺序如图2所示，采用的焊接参数如表1所示，焊接试验结果如表2所示。坡口形式及加工、清理和其他操作方法等与产品施焊基本相同。

图 2

4. 晶间腐蚀试验

为验证焊接接头是否耐腐蚀，按GB433 4—200 8方法B进行了硫酸-硫酸铁法晶间腐蚀试验。为比较采用不同焊接方法得到焊接接头的腐蚀速率，选取4个晶间腐蚀试样试验，2个试样（F01，F02）尽量靠近焊缝背面（氩弧焊焊道侧）取样，另外2个试样（F03，F04）尽量靠近焊缝正面（焊条电弧焊焊道侧）取样，晶间腐蚀试验结果如表3所示。从表3可看出，氩弧焊侧的试样腐蚀率低，说明氩弧焊焊接更耐腐蚀。

5.产品主壳体的焊接

产品主壳体材料为哈氏合金C — 276 ， 规格为φ500mm×12mm，L=2 500mm。

（1）焊前准备 第一，因为哈氏合金C—276高温时极易被氧化，极大地降低其抗腐蚀性能，所以焊前须做好一些必要的准备。钨极氩弧焊时，氩弧焊枪应采用带有滤网的大喷嘴，目的是让喷出来的氩气面积宽而均匀（即层流），利于对熔池的充分保护，如用一般的氩弧焊枪则应在焊接时加后保护拖罩。为此专门制做了一个背面氩气保护罩（见图3），保护罩为长方形不锈钢空心盒，盒内置两块孔径为0.071mm（200目）的不锈钢丝网，盒子中心焊接一个接管，接入氩气皮管。为使氩气保护充分均匀，还要准备好耐高温胶带纸，焊接时贴在焊缝表面，以使背面保护的氩气不被空气混乱。

第二，从哈氏合金C—276的力学性能可看出，此材料的硬度极高，而且冷加工时会产生加工硬化，使硬度变得更高，因此采用刨边机加工坡口时，刨刀应选用高硬度、高耐磨的钨钴合金刀，并加冷却油冷却。如没有刨边机，可用不锈钢磨光片，缓慢地打磨出坡口。设计坡口形式应依据尽量少的焊接填充量、便于操作、利于成形和尽量避免缺陷产生等原则进行，壳体纵、环缝坡口如图4所示。

第三，焊前将坡口表面及两侧20mm范围内不利于焊接的杂物清理干净，并用丙酮清洗后再采用钨极氩弧焊将工件组焊。组焊时焊缝背面也应通氩气保护。

表1 焊接参数

表2 试验结果

表3 晶间腐蚀试验结果

图3 氩气保护罩示意

图4

（2）焊接 焊接方法：在物料接触一面均采用钨极氩弧焊焊接，氩气采用纯氩（99.99%Ar）。根据产品主壳体规格选定焊接方法为钨极氩弧焊和焊条电弧焊。

焊接材料： 焊丝选用ERNiCrMo—4，焊条选用ENiCrMo—4。

焊接过程：焊接在室内操作，并为专用有色金属焊接区，室温为常温，不需要预热，室内环境清洁，空气干燥适合焊接。焊接参数如表4所示。

钨极氩弧焊操作时要注意氩气保护和送丝及收弧，焊条电弧焊操作时要注意稳弧。

具体操作要领如下：

第一，钨极氩弧焊操作要领。焊接纵缝时用背面保护罩罩住整条纵缝，正面用胶带纸密封，氩气保护罩内通入氩气20s后，再从引弧板上起弧，并将胶带纸撕开一小段以便于焊接，焊接一段撕开一段胶带纸，同步进行。焊接环缝时，一人焊接，一人拿着氩气保护罩紧跟焊枪移动，保护罩要贴紧筒壁。第1道打底焊为钨极氩弧焊，采用较大的焊接电流和较快的焊接速度，不摆动，使焊缝很薄，填满间隙即可，这样既保证焊透又保持了低的热输入，使熔池冷却较快，便于快速结晶。第2～4道仍采用钨极氩弧焊，目的是为保持更好的抗腐蚀性能。第2道焊缝宽度较窄，焊接时仍不需要摆动，焊接电流稍减小，焊接速度稍微减慢，以便焊道厚度加大。第3、4道为填充焊，需摆动，焊接参数和第2道相当。第2、3道焊接时焊缝背面仍需通氩保护。第4道焊接时，因前面已有较厚的焊道保护，可以不用通氩保护，每条焊道焊前应控制道间温度≤60℃。道间清理采用不锈钢钢丝刷，将焊道表面清刷一遍，冷却后用丙酮清洗焊丝、焊道及坡口表面，待焊丝和坡口干燥后再焊接，焊接时控制好手势，保持好电弧电压，防止因电弧不稳而产生缺陷。更换焊丝时应注意收弧，收弧最好停留在母材上，以防止弧坑裂纹的产生。

第二，焊条电弧焊操作要领。焊条按规定烘烤，用焊条保温筒领用。焊条焊接时应调节好电流，不能过大，并控制好焊接热输入（主要控制焊接速度），防止晶粒粗大和焊缝表面颜色不好（焊缝表面颜色最佳为银白色，其次为金黄色，其他颜色均不好，影响焊接接头性能）。第5～7焊道均采用焊条电弧焊，道间必须把熔渣清理干净，再用不锈钢钢丝刷刷一遍，然后用压缩空气吹干净，并用丙酮清洗，待干燥后，再焊接下一焊道。焊接接头处应修磨好以便接弧，焊接采用短弧焊，第6、7焊道焊接时需摆动焊。

焊后检测：焊后进行外观检测，焊缝表面呈银白色略带金黄色（见图5），并无可见缺陷，再进行RT射线检测。根据JB4730.2—2005标准评定级别为I级，焊缝内部和外观均合格。

图5 筒体纵缝

6.结语

通过产品的制造及验收，并经客户几个月的使用证明，对于哈氏合金C—276的焊接，只要选择正确的焊接工艺和操作方法，就可以获得优质的焊接接头，从而能保证产品的安全性和使用性。

表4 焊接参数

[1] 胡特生.电弧焊[M].北京：机械工业出版社，1994.

[2] 张文钺.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1993.