Hastelloy-B-2鎳鉬合金的焊接特性分析與性能特點

HastelloyB-2鎳鉬合金的焊接特性分析與性能特點一、材料性能最早出現(xiàn)的鎳-鉬合金是美國國際漢斯公司20世紀20年代出品的HastelloyB,由于HastelloyB在焊后狀態(tài)具有很強的晶間腐蝕敏感性,需進行焊后固溶處理。固溶處理溫度高,處理過程復(fù)雜,對于某些部件和設(shè)備是難以實現(xiàn)的,故其使用受到限制。因此,設(shè)備的主材選用德國蒂森克虜伯VDM公司的Nimofer69282alloyB-2,是第2代鎳-鉬合金。二、成分特點為改善HastelloyB合金耐晶間腐蝕性能,降低C、Si和Fe含量,推出了HastelloyB-2。在熱成形和焊接熱循環(huán)過程中,降低C、Si含量可以顯著降低碳化鉬、富硅金屬相的析出速度和析出量,大大降低晶間腐蝕敏感性。因此,HastelloyB-2可以在焊態(tài)下使用。但是,Fe、Cr是不能去除干凈的,否則將促進另一種金屬間化合物Ni4Mo(β相)的析出,在B-2化學(xué)成分的標稱范圍內(nèi)保留一定量的Fe和Cr,能顯著限制Ni4Mo的析出。有金屬間化合物存在的合金,韌性和耐蝕性降低。因此,在Nimofer69282alloyB-2中,Fe、Cr不再作為雜質(zhì)元素控制,而是在合金中保持一定的量。圖2[1]顯示了Fe、Cr元素含量對敏化態(tài)合金沖擊韌性的影響。

1.耐蝕特點HastelloyB系列鎳-鉬合金,主要是針對鹽酸開發(fā)的,在還原性介質(zhì)中具有很好的抗腐蝕性,它可以耐任何濃度和常溫至沸點的全溫度范圍內(nèi)的鹽酸腐蝕。在中等濃度以下的硫酸溶液中有很好的耐蝕性。對氯化氫氣體、磷酸、醋酸等也有良好的耐蝕性。HastelloyB系列合金不含鉻,只能在還原性介質(zhì)中使用。如果溶液中混入Fe3+、Cu2+或溶液中存在氯元素等氧化性因子時,會加速材料的腐蝕。因此,應(yīng)特別注意HastelloyB系列合金不能應(yīng)用于含氧化性離子的鹽酸或硫酸溶液。這種離子可以由鹽酸或硫酸與鐵或銅接觸而產(chǎn)生。在這種情況下可選用含有Cr的HastelloyC系列合金。1.2 性能特點B-2合金強度高、延展性好、硬度高和易發(fā)生加工硬化,變形抗力和回彈較大。密度為912g/cm3,熔點為1330～1380℃.設(shè)備的制造過程中,應(yīng)特別關(guān)注封頭成形。該設(shè)備的2個封頭選擇的是冷旋壓成形,要求旋壓設(shè)備有足夠大的能力,成形的速度要快,不能長時間旋壓,一旦冷作硬化,就不能再旋下去,必須固溶處理后再繼續(xù)旋壓。Nimofer69282alloyB-2力學(xué)性能見表2。

2焊接三、焊接特性分析1. 熱裂紋與不銹鋼相比,鎳基合金具有較高的焊接熱裂紋敏感性,如凝固裂紋、液化裂紋等均可能發(fā)生,在弧坑處易產(chǎn)生火口裂紋。晶間液膜是引發(fā)鎳基合金單相奧氏體焊縫凝固裂紋的主要原因。S、P、Pb、Zn等是造成晶間低熔點液膜的主要元素。因此,在焊接過程中必須嚴格限制有害雜質(zhì)的侵入,避免或減少晶間液膜的生成。為此,在焊接前,必須對母材和焊絲進行嚴格清理,防止有害元素向焊縫區(qū)過渡。當焊接線能量過大時,由于輸入熱量大,晶界上的低熔點相就會熔化而形成液化裂紋。因此,焊接鎳基合金時應(yīng)選用比較低的線能量。2.氣孔

由于鎳基合金固-液相溫度間隔小,流動性偏低,在焊接的快速冷卻凝固結(jié)晶下,易產(chǎn)生焊縫氣孔。為了防止氣孔的產(chǎn)生,必須消除氣孔的來源,在施焊前必須清除坡口及近縫區(qū)的氧化物、涂料、油污等。3.中溫敏化HastelloyB-2具有中溫敏化的特性,冷變形會加快中溫敏化。封頭是冷旋壓成形的,直邊處變形量較大,若直接與筒體焊接,會促進金屬間化合物的析出。封頭應(yīng)經(jīng)過固溶處理以恢復(fù)組織,減小焊接熱循環(huán)對敏化的影響,降低強度軟化組織。應(yīng)盡量采用小直徑焊絲小電流多層多道焊接,一次焊接熔敷的金屬量要小,減少熱輸入量,縮短在敏化區(qū)的停留時間。四、焊接工藝1.焊接方法為了獲得最佳的耐蝕性能,推薦采用鎢極氬弧焊(GTAW),氬氣流利于焊道的冷卻。

五、焊前準備1.坡口加工應(yīng)用剪切或水下等離子切割下料,刨邊機加工坡口,若用等離子加工,則污染面必須用機械的方法打磨光亮,打磨中不能再出現(xiàn)過熱的表面。鎳基合金焊接熔池的黏滯性大,流動性差,熔深淺。因此,為了利于焊透和防止坡口邊緣產(chǎn)生未熔合,坡口角度要大一些(60°～70°),鈍邊要薄一些(015～115mm),根部間隙稍寬(不小于焊絲的直徑214mm),如圖4所示。

坡口角度大,有利于焊工操作,電弧對坡口面指向性好,利于防止坡口邊緣未熔合的產(chǎn)生;另外,可以緩解因填充金屬凝固時產(chǎn)生的收縮應(yīng)力,這對防止出現(xiàn)結(jié)晶裂紋有利。2.焊接清理與保護母材表面和焊絲表面必須清潔,防止污染物質(zhì)熔入焊縫金屬;保護高溫熔池和高溫焊道,防止焊縫金屬的氧化。污染物質(zhì)一是指含S、P、Pb、Zn等元素的低熔點物質(zhì)或水氣,二是指母材表面的氧化膜。低熔點物質(zhì)或水氣熔入焊縫形成低熔點共晶體導(dǎo)致熱裂紋和氣孔。應(yīng)特別強調(diào)的是鎳的氧化膜,在焊前處理中往往容易被忽視。由于鎳的氧化膜(NiO)熔點(2090℃)比鎳的熔點(1453℃)高近45%,當鎳熔化的時候,氧化鎳還遠沒有達到它的熔點,摻雜在熔池中會形成夾雜。有時由于焊材質(zhì)量的原因,在焊道上會有黑漆皮析出,要用不銹鋼絲刷刷除后再焊下一層焊道。焊接過程中熔池和焊絲熱端要始終處在噴嘴的氬氣保護之下,高溫焊道用拖罩保護。3.焊接工藝參數(shù)鎳基合金焊接熔池的特點是液態(tài)金屬流動性差,熔深淺,增大焊接電流也不能改進熔池液態(tài)金屬流動性和增加熔深,反而對其有害。對于含Cr、Mo的鎳基合金還要考慮中溫敏化的問題。應(yīng)嚴格限制焊接線能量,采用小直徑焊絲、小電流焊接。對于鎢極氬弧焊