[摘要] 主要介紹了 N08810材料的特點(diǎn)，對(duì)其焊接性能進(jìn)行了分析，從克服材料的焊接缺陷入手，通過(guò)選用合適的焊接材料，制定合理的焊接工藝并進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，圓滿(mǎn)的解決了N08810材料焊接過(guò)程中極易出現(xiàn)的焊接熱裂紋和氣孔等缺陷問(wèn)題，并摸索出過(guò)程質(zhì)量控制技巧使之在生產(chǎn)實(shí)際中得到應(yīng)用，進(jìn)而成功的制造出滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和圖紙要求的產(chǎn)品。
[關(guān)鍵詞] N08810合金 焊接工藝 過(guò)程控制 缺陷防止
0 前言
UNS N08810為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM B409相當(dāng)于Incoloy 800H是屬鎳合金Ni- Fe - Cr系，具有典型的耐腐蝕和抗高溫氧化性能，尤其是在1000℃的高溫下具有優(yōu)良的耐腐蝕、耐熱疲勞、耐高溫沖擊性能，在固熔情況下，具有優(yōu)越的抗壓力破裂特性。在工業(yè)爐和石化行業(yè)中，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)高溫高壓環(huán)境的內(nèi)件出口集管、傳輸管線(xiàn)等結(jié)構(gòu)中。
大慶油田化工集團(tuán)氨合成項(xiàng)目裝置中，很多混合器及傳輸管線(xiàn)等均采用此材質(zhì)，由于對(duì)此材料的焊接沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)，因此，通過(guò)對(duì)其焊接工藝性能進(jìn)行分析研究試驗(yàn)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，取得了顯著的效果。
1 焊接性分析
UNS N08810線(xiàn)膨脹系數(shù)較大（介于奧氏體不銹鋼與普通碳鋼之
間）、熱導(dǎo)率�。� 20℃時(shí)為10.9），焊接時(shí)焊縫中的一些雜質(zhì)元素和低熔點(diǎn)物質(zhì)容易在晶界偏析和集聚并在熔池的凝固過(guò)程中與鎳形成低熔點(diǎn)共晶體，造成焊接熱裂紋。同時(shí)，由于鎳合金焊縫液態(tài)金屬的流動(dòng)性比較差，焊縫金屬的冷卻速度比較快，使熔池中的氣體來(lái)不及逸出，造成氣孔，且氧氣、二氧化碳和氫氣等氣體在液態(tài)鎳中溶解度也比較大，冷卻時(shí)溶解度又明顯減少，進(jìn)而形成氣孔。因此，從防止焊接熱裂紋和氣孔等方面入手是控制焊接鎳合金質(zhì)量的關(guān)鍵。
2 焊接工藝的確定
從 UNS N08810合金的化學(xué)成分（表一）得知：
表一 N08810合金的化學(xué)成分（%）
|
成分
|
C
|
Cr
|
Ni
|
Al
|
Ti
|
Fe
|
|
含量
|
0.08
|
21.0
|
32.0
|
0.3
|
0.4
|
45.0
|
Ni的含量占32.0%，具有能溶解較高的耐蝕元素的高
Ni基體，使該合金在焊接時(shí)，熔池金屬的流動(dòng)性差，且表面易形成難熔的氧化膜（NiO），使得熔透性差，焊縫易形成雜物。因此，焊接選材及焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制C、S、P等雜質(zhì)的含量，并確保焊材及焊縫坡口表面的清潔。
2.1 焊接方法的選擇：由于該項(xiàng)目所有設(shè)備的厚度一般均是在10mm以下，屬薄件構(gòu)件，同時(shí)根據(jù)N08810的焊接特點(diǎn)，焊接時(shí)，選用鎢極氬弧焊（TIG）和焊條電弧焊（SMAW）的焊接方法，對(duì)小于6mm的構(gòu)件選用純TIG焊接，大于6mm的構(gòu)件選用TIG打底，焊條電弧焊蓋面或焊條電弧焊雙面焊接工藝。
2.2 焊接材料的確定：根據(jù)材質(zhì)的化學(xué)成分及設(shè)備使用的環(huán)境，焊
材選用哈爾濱焊接研究所生產(chǎn)的焊絲 ERNiCr-3 φ2.0mm，焊條ENiCrFe-3，φ3.2mm,，φ4.0mm。
2.3坡口形式的設(shè)計(jì)：由于該合金液態(tài)金屬流動(dòng)性較差，如果坡口
形式等不合適時(shí)，會(huì)發(fā)生未熔合現(xiàn)象，因此，為保證接頭熔合良好，坡口應(yīng)適當(dāng)增大角度（相對(duì)與普通不銹鋼），適當(dāng)減少鈍邊厚度，尤其是 10 mm左右的材料，應(yīng)開(kāi)雙U或雙V坡口（圖1-3）
 
圖1 氬弧焊坡口示意圖 圖2 焊條電弧焊雙X坡口示意圖
其中 ： b=1.8mm a=75-80° 其中 b=1.8mm a1=a2=80 °
圖 3 焊條電弧焊雙U坡口示意圖
其中 b=2.5mm a1=a2=15 ° R1=R2=8°
3 焊接工藝評(píng)定
按照 ASME Ⅸ卷《焊接和釬焊評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》-2004和JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》的要求，對(duì)UNS N08810合金進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，試件尺寸為300mmX600mmX8mm，獲得焊接最佳工藝參數(shù)及評(píng)定結(jié)果（表二）：
|
焊接
材料
|
規(guī)格
mm
|
焊接方法
|
電流
A
|
電壓
V
|
焊速
m /h
|
焊后狀態(tài)
|
|
拉伸
MPa
|
屈服
MPa
|
沖擊 (20 ℃)J
|
|
ERNiCr-3
|
φ 2.0
|
GTAW
|
60-90
|
13-16
|
4-6
|
520-615
|
300-410
|
＞ 55
|
|
ENiCrFe-3
|
φ 3.2
|
SMAW
|
75-110
|
20-22
|
5-7
|
|
ENiCrFe-3
|
φ 4.0
|
SMAW
|
85-135
|
22-24
|
5-8
|
經(jīng)過(guò)對(duì)焊接評(píng)定試件進(jìn)行各項(xiàng)檢驗(yàn) ,從以上數(shù)值得出，評(píng)定結(jié)果為合格。
4 焊接工藝要點(diǎn)
4.1焊件在裝配、定位焊和焊接前應(yīng)徹底清除焊接處和焊絲表面的氧化物、油污等；
4.2 焊接過(guò)程中要在保證熔透的情況下，盡可能減少焊接熱輸入，熔敷金屬盡量少，熔深盡量小，焊縫的外型應(yīng)稍凸；
4.3 鎳合金焊縫金屬的流動(dòng)性不如普通低合金鋼，所以焊接時(shí)最好稍許擺動(dòng)，但其幅度不要大于三倍焊條直徑，焊條每次擺動(dòng)極限結(jié)束時(shí)要稍稍停頓以下，以便使粘稠的焊縫金屬有充分的時(shí)間來(lái)填充咬邊；
4.4 TIG焊時(shí)一般使用直流正接，焊接時(shí)采用高頻引弧以及電流可控制遞增和衰減技術(shù)，氣流量保持在12-15L/min；
5 焊接缺陷及防止措施
鎳基合金焊接常見(jiàn)的缺陷應(yīng)首先是熱裂紋，其次是氣孔、熔合不良、夾渣以及析出強(qiáng)化合金的應(yīng)變時(shí)效裂紋等等。
5.1 為保證焊接綜合質(zhì)量，焊接時(shí)盡量采用平焊位置，焊接過(guò)程中應(yīng)始終保持短弧，以便能較好的控制熔化的焊接金屬。
5.2焊接裂紋是焊接產(chǎn)品危害最大的缺陷，主要表現(xiàn)形式有：焊道裂紋、弧坑裂紋、焊縫金屬微裂紋、熱影響區(qū)微裂紋。采用防止的方法是：合理的設(shè)計(jì)焊接接頭和焊接順序，減少結(jié)構(gòu)的拘束度；減少熔合比即減少稀釋率；采用小的焊接電流，減少熱輸入，填滿(mǎn)收弧弧坑。
5.3氣孔及夾渣也是鎳基合金易產(chǎn)生的焊接缺陷。采用防止的方法是：注意焊前清理（包括母材和焊材），采用化學(xué)處理方法（用丙酮進(jìn)行清洗）；焊接時(shí)要保持穩(wěn)定的電弧電壓；氬弧焊的引弧和收弧時(shí)易產(chǎn)生氣孔和縮孔，必須注意掌握操作技巧質(zhì)量。
6 應(yīng)用效果及結(jié)論
6.1 按照以上工藝對(duì)化工集團(tuán)等裝置的UNS N08810合金材質(zhì)進(jìn)行焊接，并按照J(rèn)B4730進(jìn)行了100%無(wú)損檢測(cè),一次合格率為99.7%；
6.2 采用此焊接工藝焊接的產(chǎn)品試板，經(jīng)檢驗(yàn)力學(xué)性能等各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求，證明了以上工藝的正確性；
6.3 采用ERNiCr-3焊絲和ENiCrFe-3焊條來(lái)焊接N08810合金，同時(shí)選用合理的焊接熱輸入及運(yùn)用有效的過(guò)程控制技巧，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)：
[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè).北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[2]李萁福,王移山,薛春月.不銹鋼及耐蝕耐熱合金焊接100問(wèn).北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2000.
[3]余燕,吳祖乾.焊接材料選用手冊(cè).上海.上�？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.2005
|
