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哈氏C一合金这种新材料为抵抗更多的腐蚀性化学物质而设计,扩大了Ni—Cr—Mo合金在各种腐蚀环境下的使用范围,包括硫酸,盐酸,氢氟酸,磷酸,有机酸,氯化物,碱金属。哈氏C-合金明显的优点是:
(1)在氧化性酸及还原性酸中均有优良抗均匀腐蚀能力。
(2)在含氯环境中对与点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂有优异的抵抗性,对氢氟酸和含氟介质有无与伦比的抵抗能力。
(3)极佳的延展性,且易成形、焊接n。C-合金的优异性能造成了化工工业设备应用中的突破,各方面抗腐蚀性能的提升使设备可以用于多个用途(反应器,热交换器,阀门,泵,等等),从而收到更大的投资回报。由于C-合金的多种才能,它是最好的能适应多种工艺的镍基合金材料。材料的化学成分见表1。
从上表中看出,C一合金是在已经完善建立的镍铬氧化钼合金中加入铜,其合金中钼和铜(分别在16%和1.6%水平上)的联合作用使合金具有出色的抗还原性介质腐蚀的能力,同时高的铬含量(23%重量百分比)保证了对氧化性介质腐蚀的抵抗能力。这种优异的耐腐蚀行为不仅表现为较低的金属损耗,而且表现为更好的耐局部腐蚀能力,特别是耐点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀断裂的能力。
C-合金显示出优异的抗点蚀和缝隙腐蚀的能力。但是由于镍的含量高,具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹主要包括结晶裂纹、液化裂纹和高温失延裂。
1.1结晶裂纹镍基耐蚀合金为单一Y相,在凝固过程中YmbC~nY/Laves形成低熔点共晶,增加结晶裂纹敏感性。此外,结晶裂纹最容易发生在焊道弧坑,形成弧坑裂纹。
1.2液化裂纹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。其开裂机理与结晶裂纹相似。
1.3高温失延裂纹高温失延裂纹是在固相线以下高温区间形成,是在固态开裂。当焊缝金属在高温出现延性下降,则可能出现高温失延裂纹。
2焊前准备
2.1焊接坡口形式的选择本次试验选用的是6=8毫米的板材,根据试件的厚度和所选用的焊接方法,为获得最佳强度,采用对接焊缝全熔透的单V型坡口形式。要求全熔透焊缝还有另一个原因,未焊透会产生缝隙,当暴露于某些腐蚀性环境时,有可能引发缝隙腐蚀h.由于C-合金焊道熔深较浅,液态焊缝金属流动性差,易造成未焊透,故焊接坡口角度应适当放大,钝边要小些。坡口形式详见图1。
2.2焊材选择焊条选用原则是:焊条的焊缝熔覆金属化学成分与使用母材类似,通过添加合金控制气孔,增加抗热裂纹的能力及改善力学性能。根据ASME规范(第1I卷)材料c篇,选用ENiCrMo一17(SFA一5.11/SFA一5.11M),国内无与之匹配的焊条标准。其化学成分见表2。
2.3焊件清理焊件表面的清洁度是成功地焊接C一合金的一个重要要求。焊件表面的污染物质主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。氧化皮的熔点比母材高得多,易形成夹渣或细小的氧化物不连续缺陷。另外制造过程中所用的一些材料中含s、P、Pb、Sn、Zn等能和Ni形成低熔共晶点的有害元素,例如:脂、油、漆、标记用蜡笔或墨水、切削冷却液等。这些有害元素增加了热裂纹倾向。焊接前用丙酮认真清理坡口两侧大于lO0mm范围内的杂质,包括坡口和钝边,确保完全清除杂质,避免产生焊接热裂纹。
3焊接工艺及工艺措施
3.1焊接工艺熔深浅及液态焊缝金属流动性差是C-合金的固有特性,在焊接过程中,不能盲目的增大焊接电流来改善其流动性。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。在高温下镍与硫、磷极易形成低熔点共晶体,当焊接热输入较大时,会导致焊接接头晶粒粗大,晶粒间会存在较多的碳化物和促进液化裂纹的金属间化合物,增大热裂纹倾向】。过大的电流还会使焊条过热而引起药皮脱落,失去保护作用,因此焊接过程中必须严格控制参数的变化。采用焊条电弧焊时,电源极性为直流反接,焊接工艺参数见表3。
3.2工艺措施
3.2.1焊接采用平焊位置,层间温度控制在60℃以下;
3.2.2焊接过程中始终保持短弧,以便能很好的控制熔化的焊缝金属;
3.2.3为防止产生未熔合、气孔等缺陷,在焊接过程中适当摆动焊条,摆动宽度不能大于焊芯直径的3倍,焊条每次摆动到极限位置时稍微停顿下,使粘稠的焊缝金属有时间填充咬边。断弧时要降低电弧高度并增大焊速来避免弧坑裂纹的产生;
3.2.4焊接接口再引弧时,采用反向引弧技术,有利于接口处焊缝平滑及控制气孔的产生;3.2.5在焊接过程中要严格控制焊接线能量,限制热输入。高的热输入会在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大,产生过度的偏析、碳化物的沉淀,易引起热裂纹或降低耐蚀性;
3.2.6为避免材料表面由于嵌入游离铁而导致的点蚀,应使用干净的,从未在铁或钢上使用过的不锈钢丝刷或砂轮进行层间清理,防止在材料表面留下铁污染;要求,焊接接头的性能满足GB—压力容器》及ASME~N关标准的要求,实践证明了上述焊接的可行性,为哈氏C一合金材料在国内压力容器上的应用积累了一定的经验。
3.2.7焊前焊条一定要存放在温度为—~C的炉子里烘干。
4检测结果试件完成经外观检查合格后进行%射线检测,符合NB/T.2II级,技术等级为AB级。检测结果为合格。按NB/T—承压设备焊接工艺评定》中要求进行拉伸和弯曲性能试验,试验结果见表4和表5。由此可见,试件经无损检测合格后取样进行力学性能检测,焊接接头的抗拉强度、弯曲性能结果均满足NB/T—要求,证明制定的焊接工艺良好,可以保证焊接接头的力学性能,完全满足压力容器的使用要求。
5结论通过严格控制层间温度,限制热输入等一系列工艺措施,避免了焊接热裂纹的产生。对试件进行拉伸、弯曲性能试验的结果符合NB/T—承压设备焊接工艺评定》的各项要求,焊接接头的性能满足GB—压力容器》及ASME~N关标准的要求,实践证明了上述焊接的可行性,为哈氏C一合金材料在国内压力容器上的应用积累了一定的经验。