Incoloy800HT固溶强化型Ni-Fe-Cr系合金。基体是以镍、铁二元固溶体为基的面心立方奥氏体组织,具有良好的高温性能和耐腐蚀性能,其物理性能与碳素钢及不锈钢相比,一是熔点低,二是线膨胀系数介于碳素钢与奥氏体不锈钢之间,三是导热系数比碳素钢低的多。
铁镍基合金组织是奥氏体和少量第二相,主要考虑AI、Ti等第二相强化相形成元素对焊接热影响区液化裂纹的影响,由于Incoloy800HT的AI、Ti含量相对较低,故液化裂纹倾向较小。
经过焊接热循环作用,铁镍基合金热影响区组织发生变化,发生碳化物和脆性相析出,导致晶间腐蚀及接头脆化。因此,焊接该类合金时,应避免焊接区在高温停留时间过长。
焊接方法确定
铁镍基合金一般可采用与奥氏体不锈钢相同的焊接方法进行焊接,常用的焊接方法包括钨极氩弧焊(TIG焊)、熔化极活性气体保护焊(MAG焊)、焊条电弧焊(SMAW)。
钨极氩弧焊几乎适合于任何一种铁镍基合金的焊接,焊接时采用直流正极性,较小的焊接热输入,弧长尽量短,为加强焊接区的保护效果,可在焊嘴后侧设辅助拖罩,并进行焊缝背面保护。熔化极活性气体保护焊可用于固溶强化型铁镍基合金的焊接,但铸造合金焊接一般不采用。焊条电弧焊主要用于固溶强化型铁镍基合金的焊接,焊条药皮类型为碱性,采用直流反极性,由于液态金属的流动性差,为防止未熔合和气孔等缺陷,焊接时焊条适当摆动。
经对比分析,Incoloy800HT炉管焊接采用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊填充盖面方法。
焊接材料选择
主要根据母材的合金类别、化学成分及工况条件等选择焊接材料,需要考虑的因素包括:
物理性能:包括热膨胀系数、热传导率等
力学性能:包括抗拉强度、疲劳强度、蠕变强度等
防腐性能:包括对电化学腐蚀及孔隙腐蚀等的抵抗力
冶金性能:包括协调性、可溶性、抗热裂纹能力等
一般来说,焊接材料与母材的主要化学成分应尽量相近,以保证各项性能与母材相当。施工中可选择高一档的焊接材料,即焊接Incoloy800HT铁镍基合金时,选择镍基合金焊接材料。
焊接工艺应用及调整
镍极易被硫及铅污染产生脆化,形成热裂纹。因此,除严格控制焊接材料的硫、铅等杂质含量外,焊前必须认真清理母材表面的氧化物及油污、灰尘等杂物,坡口及其周围50mm范围内的表面用有机溶剂清洗,待容易会发后进行组对焊接。
定位焊工艺与正式焊接工艺相同,焊缝背面充氩保护,定位焊缝作为正式焊缝的组成部分予以保留。焊缝两侧各100mm范围内涂白垩粉,焊接完毕即使清理焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物、防飞溅涂料等。底层焊道进行渗透检查,发现性缺陷打磨消除后方可继续施焊。焊缝返修采用钨极氩弧焊,按评定合格的焊接工艺进行。
铁镍基合金的液态金属具有较高的粘稠度,流动性较差,焊接熔池深度一般只有奥氏体不锈钢的60% ,为保证接头熔合良好,坡口角适当增大,钝边需适当减小。施焊时可适当摆动焊条,在焊道两侧的停留时间稍长,以避免咬边及夹渣。铁镍基合金导热性差,焊前容易因过热引起晶粒长大,焊接时不需预热,并保持较低的层间温度,一般控制在150℃以下。