[摘要] 主要介紹了 N08810材料的特點，對其焊接性能進(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)行焊接工藝評定，圓滿的解決了N08810材料焊接過程中極易出現(xiàn)的焊接熱裂紋和氣孔等缺陷問題，并摸索出過程質(zhì)量控制技巧使之在生產(chǎn)實際中得到應(yīng)用，進(jìn)而成功的制造出滿足相關(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 過程控制 缺陷防止
0 前言
UNS N08810為美國標(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)用于各類高溫高壓環(huán)境的內(nèi)件出口集管、傳輸管線等結(jié)構(gòu)中。
大慶油田化工集團(tuán)氨合成項目裝置中，很多混合器及傳輸管線等均采用此材質(zhì)，由于對此材料的焊接沒有成熟的經(jīng)驗，因此，通過對其焊接工藝性能進(jìn)行分析研究試驗并應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，取得了顯著的效果。
1 焊接性分析
UNS N08810線膨脹系數(shù)較大（介于奧氏體不銹鋼與普通碳鋼之
間）、熱導(dǎo)率�。� 20℃時為10.9），焊接時焊縫中的一些雜質(zhì)元素和低熔點物質(zhì)容易在晶界偏析和集聚并在熔池的凝固過程中與鎳形成低熔點共晶體，造成焊接熱裂紋。同時，由于鎳合金焊縫液態(tài)金屬的流動性比較差，焊縫金屬的冷卻速度比較快，使熔池中的氣體來不及逸出，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（%）
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成分
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C
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Cr
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Ni
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Al
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Ti
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Fe
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含量
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0.08
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21.0
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32.0
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0.3
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0.4
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45.0
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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，熔池金屬的流動性差，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，同時根據(jù)N08810的焊接特點，焊接時，選用鎢極氬弧焊（TIG）和焊條電弧焊（SMAW）的焊接方法，對小于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：由于該合金液態(tài)金屬流動性較差，如果坡口
形式等不合適時，會發(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 焊接工藝評定
按照 ASME Ⅸ卷《焊接和釬焊評定標(biāo)準(zhǔn)》-2004和JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求，對UNS N08810合金進(jìn)行了焊接工藝評定，試件尺寸為300mmX600mmX8mm，獲得焊接最佳工藝參數(shù)及評定結(jié)果（表二）：
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焊接
材料
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規(guī)格
mm
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焊接方法
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電流
A
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電壓
V
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焊速
m /h
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焊后狀態(tài)
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拉伸
MPa
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屈服
MPa
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沖擊 (20 ℃)J
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ERNiCr-3
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φ 2.0
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GTAW
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60-90
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13-16
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4-6
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520-615
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300-410
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＞ 55
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ENiCrFe-3
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φ 3.2
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SMAW
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75-110
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20-22
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5-7
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ENiCrFe-3
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φ 4.0
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SMAW
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85-135
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22-24
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5-8
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經(jīng)過對焊接評定試件進(jìn)行各項檢驗 ,從以上數(shù)值得出，評定結(jié)果為合格。
4 焊接工藝要點
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性不如普通低合金鋼，所以焊接時最好稍許擺動，但其幅度不要大于三倍焊條直徑，焊條每次擺動極限結(jié)束時要稍稍停頓以下，以便使粘稠的焊縫金屬有充分的時間來填充咬邊；
4.4 TIG焊時一般使用直流正接，焊接時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)變時效裂紋等等。
5.1 為保證焊接綜合質(zhì)量，焊接時盡量采用平焊位置，焊接過程中應(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）；焊接時要保持穩(wěn)定的電弧電壓；氬弧焊的引弧和收弧時易產(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%無損檢測,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)檢驗力學(xué)性能等各項指標(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焊條來焊接N08810合金，同時選用合理的焊接熱輸入及運用有效的過程控制技巧，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。
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