Incoloy 800HT合金焊接及熱處理

Incoloy 800HT材料最初是美國 Inco公司開發(fā)的一種高溫壓力容器用材料，屬于固溶態(tài)高強(qiáng)度奧氏體鎳–鐵-鉻合金。其基體是以鎳、鐵二元固溶體為基的面心立方體奧氏體組織,具有良好的高溫性能和耐腐蝕性能,其物理性能與碳素鋼、不銹鋼相比,一是熔點(diǎn)低,二是線膨脹系數(shù)介于碳素鋼與奧氏體不銹鋼之間,三是導(dǎo)熱系數(shù)比碳索鋼低的多。

Incoloy 800HT在Incoloy 80OH (ASME牌號為SB409UNS NO8810)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了高溫性能。在593c(1100F)以下時兩者的許用應(yīng)力值相同，但在超過593℃(1100F)時, Incoloy 800HT的高溫性能得到改善。這主要是由于其化學(xué)成分的改變:含碳量的下限控制，由0.05提高到0.06，對鋁＋鈦總量控制在0.85~1.2,Incoloy 800H 無此要求;并通過適當(dāng)?shù)臒崽幚硪垣@得5級或更粗(不大于3級)的品粒度,因此, Incoloy 800HT具有更好的高溫抗蠕變性能、耐氧化性能,以及在長期高溫應(yīng)用中的更高冶金穩(wěn)定性,是一種理想的高溫設(shè)備用材料。

Incoloy 800HT是高合金奧氏體耐熱鋼,它在焊接時具有較高的熱裂紋敏感性。熱裂紋是在焊接過程中,焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。主要原因是由于聚集在晶粒邊界或焊縫中心的液態(tài)低熔點(diǎn)共晶，在焊縫冷卻過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用下開裂。防止熱裂紋產(chǎn)生要從以下幾方面進(jìn)行控制。

1選擇好焊接材料,要限制焊接材料中易偏析元索和有害雜質(zhì)的含量，特別應(yīng)當(dāng)盡量減少硫、磷等雜質(zhì)含量及降低含碳量t通過調(diào)節(jié)焊縫金屬的化學(xué)成分,改善焊縫組織,細(xì)化焊縫晶粒,以提高其塑性,減少或分散偏析程度,控制低熔點(diǎn)共晶的有害影響。

(2)控制焊接過程中的焊接工藝參數(shù),提高焊縫成形系數(shù),采用多層多道焊法,減少熱量的輸入,盡量采用小的線能量,加快焊后冷卻速度,避免中心線偏析,防止中心線裂紋。

(3)采取各種降低焊接應(yīng)力的工藝措施。焊件表面的清潔性是媒接鎳基耐蝕合金的一個重要要求。焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。鎳基耐蝕合金表面氧化皮的熔點(diǎn)比母材高得多(鎳的熔點(diǎn)約為1446℃,而氧化鎳的熔點(diǎn)約為2090 ℃),常常可能形成夾渣或細(xì)小的不連續(xù)氧化物。這類氧化物不連續(xù)但特別細(xì)小,一般用滲透檢驗也檢查不出來,如 S.P.Pb,Sn.Zn Bi,Sb、和As等凡是能和Ni形成低熔點(diǎn)共晶的元素都是有害元素。這些元素增加了鎳基耐蝕合金的熱裂紋傾向。這些有害元素常存在于油脂.漆、銹等材料中,因此焊接前,對坡口表面及其兩側(cè)內(nèi)、外壁50mm范圍內(nèi)的油.漆.垢.銹等清除干凈,直至發(fā)出金屬光澤,并用丙酮或95%酒精清理。

控制熱量輸入

在焊接過程中的高熱量輸人會在熱影響區(qū)(HAZ)產(chǎn)生一定的退火和品粒長大,產(chǎn)生過度的偏析.碳化物的沉淀或其他有害的冶金現(xiàn)象,這就有可能引起熱裂紋或降低耐蝕性能。因此焊接過程中要嚴(yán)格控制層間溫度。

焊縫金屬熔深淺.流動性差,焊后易產(chǎn)生未熔合和氣孔等缺陷

鎳基合金材料的焊縫金屬不像碳鋼那樣容易濕潤展開,即使增大焊接電流也不能改進(jìn)焊縫金屬的流動性,焊接電流超過范圍不僅使熔池過熱,增大熱裂紋敏感性,而且使焊縫金屬中的脫氧劑蒸發(fā),易出現(xiàn)氣孔。手工電弧焊時,過大的焊接電流也會使焊條過熱并引起藥皮脫落,失去保護(hù)。由于焊縫金屬的流動性差,不易流到焊縫兩邊,因此,為了獲得良好的焊縫成形,應(yīng)采用小幅擺動措施,但擺動幅度以不大于1 .5倍焊條直徑為宜。并加大焊接接頭的坡口角度,以便于焊條的擺動。

焊接和熱處理工藝

一殷焊口采用手工鎢極氬弧焊(GTAW)打底,手工電瓠焊(SMAW)進(jìn)行填充蓋面。由于本次工程中的蒸汽過熱爐與反應(yīng)器之間管道全部為焊接方式連接,會出現(xiàn)最后的兩道焊口無法充氬保護(hù)的情況。對這兩道焊口決定采用手工電弧焊打底.益面的方法進(jìn)行焊接,打底焊接時要求做到單面焊接,雙面成形。在編制焊接工藝評定時即按照手工鎢極氬弧焊打底加手工電弧焊進(jìn)行填充蓋面，和全部采用手工電弧焊焊接的兩種方法進(jìn)行試件的焊接,并按此對進(jìn)行焊工考試。由于本次管道直徑較大，預(yù)制時可以由施工人員進(jìn)人管道內(nèi),手持氬氣把進(jìn)行背面充氬保護(hù)。電源極性:手工鎢極氬弧焊―一直流正接;焊條電弧焊—-直流反接。

焊接材料

焊接材料與母材的主要化學(xué)成分應(yīng)記錄相近，以保證各項性能與母材相當(dāng)。但施工中可選擇較高一檔的焊接材料,即鎳基合金焊接材料。因此，焊絲選用ERNiCrCoMo-1，焊條選用ENiCrCoMo—1 ,其主要化學(xué)咸分分別如表4.表5所示。

質(zhì)量控制措施

1)增強(qiáng)全員質(zhì)量意識是質(zhì)量保證的基礎(chǔ)，因此在進(jìn)行雙腹大板疊梁的施工中,堅持不懈對操作者進(jìn)行質(zhì)量教育。

2>認(rèn)真嚴(yán)格地執(zhí)行了“自檢.互檢.專檢"的三檢制制度、著重突出強(qiáng)調(diào)專職檢查員的職能。嚴(yán)格控制工序質(zhì)量,認(rèn)真執(zhí)行工序質(zhì)量報檢,在取得質(zhì)量控制負(fù)責(zé)人的確認(rèn)后,方能進(jìn)人下道工序的施工。針對組焊質(zhì)量要求,設(shè)計和應(yīng)用了各工序檢查停檢點(diǎn)和各種施工記錄表格,并做到質(zhì)量記錄與施工同步。

(3)加強(qiáng)對焊材及施焊環(huán)境的管理與監(jiān)控，焊材的發(fā)放與使用始終處于受控狀態(tài),嚴(yán)格控制焊接的預(yù)熱溫度和層間溫度，焊縫的內(nèi)在質(zhì)量取得了十分理想的結(jié)果。

通過對Incoloy 800HT材科的焊接性能試驗，了解了該材料的焊接特點(diǎn)。在工程中制定了切實可行的焊接工藝措施和焊接操作程序,保證了Incoloy 800HT管道的施工順利進(jìn)行。在工程中,7道焊口的焊接一次合格率達(dá)到*,保證了工程的整體質(zhì)量。