Incoloy 800HT合金焊接及热处理

Incoloy 800HT材料最初是美国 Inco公司开发的一种高温压力容器用材料，属于固溶态高强度奥氏体镍–铁-铬合金。其基体是以镍、铁二元固溶体为基的面心立方体奥氏体组织,具有良好的高温性能和耐腐蚀性能,其物理性能与碳素钢、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,三是导热系数比碳索钢低的多。

Incoloy 800HT在Incoloy 80OH (ASME牌号为SB409UNS NO8810)的基础上进一步提高了高温性能。在593c(1100F)以下时两者的许用应力值相同，但在超过593℃(1100F)时, Incoloy 800HT的高温性能得到改善。这主要是由于其化学成分的改变:含碳量的下限控制，由0.05提高到0.06，对铝＋钛总量控制在0.85~1.2,Incoloy 800H 无此要求;并通过适当的热处理以获得5级或更粗(不大于3级)的品粒度,因此, Incoloy 800HT具有更好的高温抗蠕变性能、耐氧化性能,以及在长期高温应用中的更高冶金稳定性,是一种理想的高温设备用材料。

Incoloy 800HT是高合金奥氏体耐热钢,它在焊接时具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹是在焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。主要原因是由于聚集在晶粒边界或焊缝中心的液态低熔点共晶，在焊缝冷却过程中产生的拉应力作用下开裂。防止热裂纹产生要从以下几方面进行控制。

1选择好焊接材料,要限制焊接材料中易偏析元索和有害杂质的含量，特别应当尽量减少硫、磷等杂质含量及降低含碳量t通过调节焊缝金属的化学成分,改善焊缝组织,细化焊缝晶粒,以提高其塑性,减少或分散偏析程度,控制低熔点共晶的有害影响。

(2)控制焊接过程中的焊接工艺参数,提高焊缝成形系数,采用多层多道焊法,减少热量的输入,尽量采用小的线能量,加快焊后冷却速度,避免中心线偏析,防止中心线裂纹。

(3)采取各种降低焊接应力的工艺措施。焊件表面的清洁性是媒接镍基耐蚀合金的一个重要要求。焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。镍基耐蚀合金表面氧化皮的熔点比母材高得多(镍的熔点约为1446℃,而氧化镍的熔点约为2090 ℃),常常可能形成夹渣或细小的不连续氧化物。这类氧化物不连续但特别细小,一般用渗透检验也检查不出来,如 S.P.Pb,Sn.Zn Bi,Sb、和As等凡是能和Ni形成低熔点共晶的元素都是有害元素。这些元素增加了镍基耐蚀合金的热裂纹倾向。这些有害元素常存在于油脂.漆、锈等材料中,因此焊接前,对坡口表面及其两侧内、外壁50mm范围内的油.漆.垢.锈等清除干净,直至发出金属光泽,并用丙酮或95%酒精清理。

控制热量输入

在焊接过程中的高热量输人会在热影响区(HAZ)产生一定的退火和品粒长大,产生过度的偏析.碳化物的沉淀或其他有害的冶金现象,这就有可能引起热裂纹或降低耐蚀性能。因此焊接过程中要严格控制层间温度。

焊缝金属熔深浅.流动性差,焊后易产生未熔合和气孔等缺陷

镍基合金材料的焊缝金属不像碳钢那样容易湿润展开,即使增大焊接电流也不能改进焊缝金属的流动性,焊接电流超过范围不仅使熔池过热,增大热裂纹敏感性,而且使焊缝金属中的脱氧剂蒸发,易出现气孔。手工电弧焊时,过大的焊接电流也会使焊条过热并引起药皮脱落,失去保护。由于焊缝金属的流动性差,不易流到焊缝两边,因此,为了获得良好的焊缝成形,应采用小幅摆动措施,但摆动幅度以不大于1 .5倍焊条直径为宜。并加大焊接接头的坡口角度,以便于焊条的摆动。

焊接和热处理工艺

一殷焊口采用手工钨极氩弧焊(GTAW)打底,手工电瓠焊(SMAW)进行填充盖面。由于本次工程中的蒸汽过热炉与反应器之间管道全部为焊接方式连接,会出现最后的两道焊口无法充氩保护的情况。对这两道焊口决定采用手工电弧焊打底.益面的方法进行焊接,打底焊接时要求做到单面焊接,双面成形。在编制焊接工艺评定时即按照手工钨极氩弧焊打底加手工电弧焊进行填充盖面，和全部采用手工电弧焊焊接的两种方法进行试件的焊接,并按此对进行焊工考试。由于本次管道直径较大，预制时可以由施工人员进人管道内,手持氩气把进行背面充氩保护。电源极性:手工钨极氩弧焊―一直流正接;焊条电弧焊—-直流反接。

焊接材料

焊接材料与母材的主要化学成分应记录相近，以保证各项性能与母材相当。但施工中可选择较高一档的焊接材料,即镍基合金焊接材料。因此，焊丝选用ERNiCrCoMo-1，焊条选用ENiCrCoMo—1 ,其主要化学咸分分别如表4.表5所示。

质量控制措施

1)增强全员质量意识是质量保证的基础，因此在进行双腹大板叠梁的施工中,坚持不懈对操作者进行质量教育。

2>认真严格地执行了“自检.互检.专检"的三检制制度、着重突出强调专职检查员的职能。严格控制工序质量,认真执行工序质量报检,在取得质量控制负责人的确认后,方能进人下道工序的施工。针对组焊质量要求,设计和应用了各工序检查停检点和各种施工记录表格,并做到质量记录与施工同步。

(3)加强对焊材及施焊环境的管理与监控，焊材的发放与使用始终处于受控状态,严格控制焊接的预热温度和层间温度，焊缝的内在质量取得了十分理想的结果。

通过对Incoloy 800HT材科的焊接性能试验，了解了该材料的焊接特点。在工程中制定了切实可行的焊接工艺措施和焊接操作程序,保证了Incoloy 800HT管道的施工顺利进行。在工程中,7道焊口的焊接一次合格率达到*,保证了工程的整体质量。