C276镍基合金的焊接性工法

1、c276镍基合金的焊接性工法编 制： 审 核： 批 准： 浙江省开元安装集团有限公司第三分公司二六年九月目 录一 前言二 引用标准三 适用范围四 施工准备五 c276镍基耐蚀合金的化学成分及焊接性分析六 焊接工艺的确定及应用七 焊接安全技术八 经济效益分析九 工法的应用情况及推广应用前景一 前言 c276合金也称为哈斯特洛依c276合金，为美国镍基合金牌号，与我国的ns334镍基合金相对应。其具有独特的物理、力学和耐腐蚀性能，并且在200到1090范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀。同时具有良好的高温和低温力学性能。因此，在化学、石油、湿法冶金、航天、航空、海洋开发、原子能等许多领域得到广泛的应用。

2、解决一般不锈钢和其他金属、非金属材料无法解决的工程腐蚀问题。 对于此合金强耐蚀性的特点，我公司在工业设备、容器的制造中采用此合金，以确保工业设备、容器在各种浓度的酸碱媒介中正常的运行，和延长设备、容器的使用寿命。目前镍基合金焊接性的讨论还不够深入，借此通过对c276焊接工艺的评定及其在我公司容器制造中实际应用的范例，来进一步对镍基合金的焊接性了解和掌握，从而为以后更深入的讨论做出铺垫。因此，本工法的编写意在一个抛砖引玉的作用。二 引用标准1、jb4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定2、jb4730-2005 压力容器无损检测3、gb/t 2281987 金属拉伸实验方法4、gb/t 2

3、321988 金属弯曲实验方法三 适用范围 本工法适用于c276镍基合金之间、c276与q235-b直接的焊接。并通过对c276镍基合金的焊接性分析，为其他镍基合金的焊接提供焊接经验。四 生产准备1 焊接设备准备1.1 购置适用于镍基耐蚀合金焊接的氩弧焊焊机。1.2 制作专用于镍基耐蚀合金焊接的氩弧焊焊枪。2 焊接人员培训2.1 选择氩弧焊技术较好的焊工进行针对性训练。2.2 通过专业培训考试，取得该项目合格证。3 制作前期准备3.1 熟悉制作图纸，了解压力容器制作的行业规范和国家标准。3.2 按照行业标准制定出相适用的工艺评定。3.3 编制出制作方案，流程，安全技术措施。3.4 对参与制作人

4、员进行针对性技术交底。3.5 制作专用的气体保护罩。3.6 配备足够的电源、配电箱及焊机分支开关。4 制作中所使用的机具机具名称型号规格数量备注氩弧焊机及焊枪wsme-5001x射线探伤机xxh-30051氩气瓶1台式砂轮机1磨光机1大力断丝钳1钢刷不锈钢万能试验机1五 c276镍基耐蚀合金的化学成分及焊接性分析 由于容器制作中c276不单是同种合金之间的拼接，而且存在着c276与碳钢（q235）的拼接，因此在焊接性分析中也加入对碳钢的简要分析。1 碳钢（q235）的焊接性分析 q235低碳钢中w（c），w（mn），w（si）含量少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织或淬火组织。这种

5、钢的塑性和冲击韧度优良，焊成的接头塑性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要预热和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，因此可以说其焊接性优良。2 c276镍基耐蚀合金的化学成分 化学成分 % 表1cmnfessicunicrcomopw0.0040.395.730.0010.0090.0158.8516.040.0115.330.0023.33 在ni中添加al、cr、cu、fe、mo、w可以固溶强化，其中al、cr、mo、w能引起较强的固溶强化。mo、w还可以改变高温强度。ni和cu可以完全固溶。cr在ni中的固溶范围约为35%-40%，而o则大约为20。从表中可看出c276属于nicrmo系的

6、三元合金，因c能促使形成晶间腐蚀，而si加速相的形成。故合金成份中严格限制c、si的含量，以提高材料的耐腐蚀性。3 c276镍基耐蚀合金的焊接性分析3.1 热裂纹敏感性 当采用高热输入焊接c276时，在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大。有可能在结晶时将形成低熔共晶物；易形成方向性强的单相奥氏体，促使杂质偏析；并且合金膨胀系数比较大，焊接时产生较大的焊接应力，这就有可能引起热裂纹或降低耐蚀性。因此，在焊接中应选用焊接热量输入较小的焊接方法，严格控制焊接线能量和焊接层间温度。3.2 气孔 合金元素含量分配的特点，决定合金固液相温度间距小流动性偏低，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，由于o2、h2、

7、co2在结晶时来不及逸出，会在焊缝中产生气孔和氢瘤。焊接时，坡口表面油脂、氧化物、油漆等异物没有清理干净，或保护气体种类不当、纯度不高、流量不合适等，则易产生焊接气孔。为了避免在焊接中出现气孔等缺陷，必须在焊接前清理焊件表面的污染物。3.3 晶间腐蚀 ns333（c）经过600-1150敏化处理处理或焊接，在一些介质，例如盐酸、铬酸、碳酸中会产生晶间腐蚀。而c276在ns333（c）的基础上，降低了合金中的含碳量及含硅量，减少合了焊接过程在中碳化物的析出数量和合金中金属间相的沉淀数量，从而提高了合金的耐晶间腐蚀的性能。但如果在敏化温度之间停留的时间过长，也会产生晶间腐蚀现象。3.4 液态焊缝金

8、属流动性差 镍基合金焊缝金属不像钢焊缝金属那样容易润湿展开。即使增大焊接电流也不能改进焊缝金属的流动性，反而起有害作用。这是镍基耐蚀合金的固有特性。由于其流动性能差，易造成未熔合和未焊透。因此在焊接过程中，为获得良好的焊缝成形，可作稍微摆动，摆动距离不超过焊丝直径的3倍。3.5 焊缝金属熔深浅 这也是镍基耐蚀合金的固有特性，同样不能通过增大焊接电流来增加熔深。在同等焊接规范条件下，熔深大约为碳钢的一半。因此，在工艺上焊件的钝边应比焊接不锈钢的钝边要薄一些。3.6 预热和焊后热处理 c276一般不需要焊前预热和热处理。只在母材温度低于15时，应对接头两侧250-300mm宽的区域内加热到15-2

9、0。在大多数情况下，预热温度和焊缝道间温度应较低，以免母材过热。六 焊接工艺的确定及应用1 焊前准备1.1 c276焊接场地必须是专用场地，场地保持清洁干净，严禁c276与碳钢接触堆放。1.2 打磨砂轮片必须专用于打磨该材料，工器具(榔头等)必须为不锈钢材料。1.3 组焊前，应清理焊缝两侧50mm范围内包括钝边和坡口在内的氧化物、油脂和杂质等。1.4 坡口制备。为克服镍基合金的流动性差，熔深浅的缺点，坡口应有足够的开度。如图： 2 焊接方法的选择由于镍基合金c276对焊接热裂纹比较敏感，因此c276合金的对接和c276合金与碳钢q235-b的对接均采用钨极氩弧焊（tig），从而减小镍基合金的热

10、裂倾向。3 焊接材料的选择c276的焊接选用ernigrmo-4氩弧焊丝， 2.0mm。其化学成分和机械性能见表2、表3，成份与母材c276相近，以保证焊后。保护气体纯度不低于9999 化学成分 （质量分数）（%） 表2ccrmocumnfecovwsips0.0214.5-16.515.0-17.00.051.04.0-7.02.50.353.0-4.50.080.040.03 机械性能 表3抗拉强度b（mpa）屈服强度h（mpa）延伸率（%）840390254 焊接参数的确定 电流特性：直流正接 钨极规格：铈钨极2.5 喷嘴直径：10.32 层间温度：小于60 由于c276对热裂纹较为敏感

11、，因此我们选用较小的焊接规范参数，严格控制焊接线能量以及层间温度。 c276与c276的焊接参数焊层焊接方法填充材料焊接电流焊接电压（v）焊接速度(cm/min)氩气流量（l/min）牌号直径极性电流(a)1gtawernigrmo-42.0正80-10015-1610-20正面 10-14背面 10-152gtawernigrmo-42.0正10012016-1710-20正面 10-14背面 10-153gtawernigrmo-42.0正100-12016-1710-20正面 10-14背面 10-15 c276与q235-b的焊接参数焊层焊接方法填充材料焊接电流焊接电压（v）焊接速度(

12、cm/min)氩气流量（l/min）牌号直径极性电流(a)1gtawernigrmo-42.0正80-10015-1610-20正面 10-14背面 10-152gtawernigrmo-42.0正10012016-1710-20正面 10-14背面 10-153gtawernigrmo-42.0正100-12016-1710-20正面 10-14背面 10-155 焊接要点5.1 底层焊接时，坡口两侧粘贴的白胶布应反贴，否则焊前必须用丙酮清洗干净。5.2 氩气对焊缝要进行双面的保护，正面保护罩应于焊枪同步，对焊缝进行焊后短暂保护。在焊接过程中要对焊缝的背面进行足够的氩气保护，以免出现焊接缺陷

13、。焊缝气体保护示意图如下：5.3 焊接时选用较少的线能量，焊丝前端(受热端)必须处于气体保护中，以连续送丝为宜，杜绝断续送丝。焊接全过程均宜采用短弧焊接，控制好层间温度。收弧时将弧坑填满，且滞后30s停气，防止热裂纹产生。5.4 所用钨极应避免与熔池和焊丝接触，尽可能缩短电弧长度。防止焊缝夹钨。5.5 保证合适的焊接速度。速度慢，焊缝金属线能量较大，使焊缝金属合金元素烧损较多焊接热影响区产生过热组织，故晶粒粗大，焊接接头物理性能下降：速度快，熔池保护不好，熔池金属冶金反应差，焊缝减薄的现象。5.6 层间温度应保持在60以下。5.7 为缩短镍基合金在敏化温度停留的时间，必要时焊后可采取急冷措施，

14、可用湿布擦拭焊缝两侧，但不能直接在焊缝进行。6 焊接缺陷分析c276的焊接容易出现热裂纹、气孔和夹杂等缺陷，主要原因有以下几点：6.1 坡口表面氧化物没有去除干净，油脂杂质未清理干净。6.2 氩气保护不好。氩气纯度不高、流量不合适，或受周围气流影响。6.3 焊接时焊丝受热端部未在氩保护气中。6.4 线能量过大。7 焊接检验7.1 外观检查 施焊完成后先进行焊缝外观检查：c276之间和c276与q235-b之间的焊缝均成型良好，无表面气孔、咬边、未焊透等缺陷。7.2 射线探伤采用x射线仪（xxh-3005）进行100%x射线探伤，结果如下项目缺陷合格级别评定级别c276与c276气孔iiii级c

15、276与q235-b/iiii级7.3 在施工中无法进行射线探伤的焊缝(如角接、承插等)可采用100渗透探伤。7.4 机械性能试验射线探伤合格后，根据jb4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定进行机械性能试验，试验结果数据见下表：项目试验项目试验数量结果数据c276与c276拉伸2763/775 mpa弯曲面弯2、背弯2未裂c276与q235-b拉伸2344/352 mpa弯曲面弯2、背弯2未裂机械性能试验结果符合要求。7.5 c276合金焊接后的耐腐蚀性基本与母材相同，符合镍基合金腐蚀性的要求。7.6 通过以上试验证明，本焊接工艺完全满足焊接检验要求，在施工中具有很好的推广应用价值。七

16、焊接安全技术1焊接照明必须采用36v以下的行灯。2. 焊机必须有可靠的接零接地。3. 焊接时应有较大共用地线与容器的筒体牢固连接。4. 容器焊接区域应设置良好的通风设施。5. 焊工应正确使用劳动保护用品，防止紫外线，钨棒粉尘伤害人体。6. 焊接区域应清除易燃易暴物品，保证焊接安全。7. 焊接电缆必须绝缘良好，同时应经常检查，及时维护。8. 夏季焊接中应做好防暑降温工作。八 经济效益分析1. c276以其良好的耐蚀性成为某些特殊容器制作的首选材料，并在其他领域也有广阔的应用前景，c276的焊接在国内也是最近几年讨论的热点课题，通过我公司的实践过程，成功的编制出了c276的焊接工法。工法的应用成功

17、的解决了c276在容器制造过程中的焊接难题，使c276的焊接具有可操作性。2. 虽然现在我们没有承接到大批量的c276材料的工程，但c276在许多领域都有广泛的应用价值，其经济效益较为可观。我们可以通过更深入的研究实践，打开c276材质容器、管道等的市场，在c276的领域分得一杯羹。九 工法的应用及推广前景1. 工法的应用我公司承建的大唐乌沙山电厂4*600mw机组烟气脱硫工程中#1、#3机组吸收塔的原烟道入口处为c276镍基合金钢，本工法攻克了c276的焊接难关，在此工程中得到了成功的运用。我公司承接日本三菱丽阳化纤有限公司（mre）在嘉兴的德山化工工程中的非标设备制作中便有5台设备为镍基合

18、金ncf601，本工法的成功试验为我们的招投标提供了良好的技术支持，也为ncf601镍基合金的焊接提供了重要的技术铺垫。2. 推广前景c276的焊接工法通过在我公司容器制造中的实际应用，其制作效果明显，并适于对有色金属焊接的推广，具体表现在：1. 镍基合金凭借其良好的焊接性能和腐蚀性能已经较为广泛的出现在各类工程中。2. 本工法成功的解决了c276在制造过程中的焊接技术难题，使焊接作业具有可操作性。3. 该工法的应用还克服了施焊的盲目性，使焊接过程处于受控状态，从而确保了容器的质量。4. 该工法对于有色金属氩弧焊工艺是一个具体化的总结，为以后制作中出现的其他有色金属的焊接工艺制定提供参考，对其

19、焊接性做出初步的评估，并为以后镍基耐蚀合金的焊接的深入讨论提供一个文献参考。企业级工法申报书工法名称 c276镍基合金的焊接性工法申报单位 浙江省开元安装第三分公司申报时间 2006年9月浙江省开元安装集团有限公司工法名称c276镍基合金的焊接性工法主要完成单位浙江省开元安装集团有限公司第三分公司通讯地址杭州市萧山区萧杭路83号邮编311200联系人张锋电话及手机82805058主要完成者姓 名职务职称所在工作单位张锋厂长高工三分公司容器厂钟水根副厂长三分公司容器厂林炜技术员助工三分公司容器厂本工法应用的工程名称及时间（填写二个工程）2006年1月大唐乌沙山电厂吸收塔安装工程本工法关键技术名称

20、与鉴定时间（若无可不填）本工法关键技术获成果奖励的情况注：表中通讯地址及联系人指第一完成单位；主要完成者人数最多不得超过五人；表中内容填写不下的，可另加附页。工法内容简述： c276合金也称为哈斯特洛依c276合金，为美国镍基合金牌号，与我国的ns334镍基合金相对应。其具有独特的物理、力学和耐腐蚀性能，并且在200到1090范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀。同时具有良好的高温和低温力学性能。镍基合金在化学、石油、湿法冶金、航天、航空、海洋开发、原子能等许多领域得到广泛的应用。因此，我们对c276合金的焊接性能进行了分析，通过c276的焊接性试验，对c276的焊接工艺进行了评定，并从工艺试验中总结

21、c276的焊接经验。 关键技术及保密点（有专利权的，请注明专利号）：1.氩气对焊缝要进行双面的保护，正面保护罩应于焊枪同步，对焊缝进行焊后短暂保护。在焊接过程中要对焊缝的背面进行足够的氩气保护，以免出现焊接缺陷。焊缝气体保护示意图如下：2 焊接时选用较少的线能量，焊丝前端(受热端)必须处于气体保护中，以连续送丝为宜，杜绝断续送丝。焊接全过程均宜采用短弧焊接，控制好层间温度。收弧时将弧坑填满，且滞后30s停气，防止热裂纹产生。3. 层间温度应保持在60以下。4. 焊后可采取急冷措施，可采用湿布擦拭焊缝两侧，但不能直接在焊缝进行。5. 由于c276对热裂纹较为敏感，因此我们选用较小的焊接规范参数，

22、严格控制焊接线能量以及层间温度。c276与c276的焊接参数焊层焊接方法填充材料焊接电流焊接电压（v）焊接速度(cm/min)氩气流量（l/min）牌号直径极性电流(a)1gtawernigrmo-42.0正80-10015-1610-20正面 10-14背面 10-152gtawernigrmo-42.0正10012016-1710-20正面 10-14背面 10-153gtawernigrmo-42.0正100-12016-1710-20正面 10-14背面 10-15c276与q235-b的焊接参数焊层焊接方法填充材料焊接电流焊接电压（v）焊接速度(cm/min)氩气流量（l/min）牌

23、号直径极性电流(a)1gtawernigrmo-42.0正80-10015-1610-20正面 10-14背面 10-152gtawernigrmo-42.0正10012016-1710-20正面 10-14背面 10-153gtawernigrmo-42.0正100-12016-1710-20正面 10-14背面 10-15技术水平和技术难度（包括与省内外同类技术水平比较）：在我国镍基合金的焊接起步较晚，虽然镍基合金已经广泛的应用到各个领域中，但是国内只有较少数的大型企业拥有镍基合金的焊接技术。对于我们来说，也是第一次在工程中接触到镍基合金c276。对于镍基合金c276的焊接来说，主要存在以

24、下几点技术难度。1 热裂纹敏感性 当采用高热输入焊接c276时，在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大。有可能在结晶时将形成低熔共晶物；易形成方向性强的单相奥氏体，促使杂质偏析；并且合金膨胀系数比较大，焊接时产生较大的焊接应力，这就有可能引起热裂纹或降低耐蚀性。2气孔 合金元素含量分配的特点，决定合金固液相温度间距小流动性偏低，在焊接快速冷却凝固结晶条件下，由于o2、h2、co2在结晶时来不及逸出，会在焊缝中产生气孔和氢瘤。焊接时，坡口表面油脂、氧化物、油漆等异物没有清理干净，或保护气体种类不当、纯度不高、流量不合适等，则易产生焊接气孔。3 晶间腐蚀 ns333（c）经过600-1150敏化处理处理或焊接，在一些介质，例如盐酸、铬酸、碳酸中会产生晶间腐蚀。而c276在ns333（c）的基础上，降低了合金中的含碳量及含硅量，减少合了焊接过程在中碳化物的析出数量和合金中金属间相的沉淀数量，从而提高了合金的耐晶间腐蚀的性能。但如果在敏化温度之间停留的时间过长，也会产生晶间腐蚀现象。 4 液态焊缝金属流动性差 镍基合金焊缝金属不像钢焊缝金属那样容易润湿展开。即使增大焊接电流也不能改进焊缝金属的流动性，反而起有害作用。这是镍基耐蚀合金的固有特性。由于其流动性能差，易造成未熔合和未焊透。5 焊缝金属熔深浅 这也是镍基耐蚀合金的固有特性，同样不能通过增大焊接