Alloy20(NS1403/N08020),又称20#合金,是一种进口奥氏体铁镍基耐蚀合金。它对氧化性和中等还原性腐蚀有很好的抵抗能力,具有优异的抗应力腐蚀开裂能力和好的耐局部腐蚀能力。在很多化工工艺介质中有令人满意的耐蚀特性,包括侵蚀性很强的无机酸溶液、氯气和含氯化物的各种介质、干燥氯气、甲酸和醋酸、酸酐、海水和盐水等,成为理想的介质输送材料。然而,由于其特殊的化学成分和物理性能,Alloy20的焊接工艺具有一定的挑战性。
Alloy20具有较高的热敏感性,气孔生成率较高,容易产生未融合、未焊透等缺陷。此外,铁镍基合金钢还具有较高的焊接热裂纹倾向、焊接区域产生晶间腐蚀倾向。
由于铁镍合金具有较高的镍含量,液态镍流动性差,焊接时易产生未熔合。母材化学成分及力学性能见表1及表2。
在高温加热过程中珠光体钢与奥氏体钢界面发生碳迁移,珠光体钢一侧形成脱碳层,奥氏体钢一侧形成增碳层,造成两侧力学性能相差较大,引起应力集中。
由于珠光体钢和奥氏体钢的线膨胀系数相差较大(珠光体钢与奥氏体钢的膨胀系数之比为14:17),且奥氏体钢的导热能力差,仅为珠光体钢的50%,因此焊后在焊缝和熔合线附近产生较大的焊接残余应力。
焊前认真清理坡口,清除焊件表面水分、灰尘、油脂、油漆等,特别是含硫和铅的杂物,防止Alloy20被硫和铅脆化,导致焊缝沿晶界开裂并产生裂纹。
镍合金的焊接一般不需预热,因为预热将延缓焊缝冷却速度,而过慢的冷却速度将使焊缝产生硬化;但当母材温度低于15℃时,应对接头两侧250~300mm宽的区域加热到15~20℃,以避免湿气冷凝导致焊缝气孔。
由于母材厚度较薄并考虑到焊接接头的实际结构,文中选用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺。Alloy20具有镍合金的共同特点,焊接时一般不会产生冷裂纹,而较容易产生热裂纹。因此,应严格控制焊接材料中的硫、磷含量。
为防止焊接接头过热,应使用小的热输入,并采用多层多道焊,每层热输入不大于20kJ/cm,层间温度控制在100℃以下,以防止焊缝及热影响区晶粒长大,造成焊接接头韧性下降。
坡口角度及根部圆弧半径均应稍大,以保证熔合良好且有一定的熔深。焊接坡口形式如图1所示。
为避免温度剧烈变化,应严格控制焊接层间温度,控制冷却速度,避免温度剧烈变化。
坡口适宜采用冷加工制造。若采用等离子等热切割则应在焊接前去除表面氧化物和熔渣,且Alloy20表面的此类杂质附着性比不锈钢更强,应使用细晶砂带和细晶砂轮进行打磨。
为保证钨极氩弧焊获得良好的焊缝质量,焊接时需用氩气保护好焊缝背面,并用“左焊法”施焊。
Alloy20铁镍基合金的焊接工艺具有一定的复杂性,需要严格控制焊接材料、焊接方法和焊接工艺参数。通过合理的焊接工艺,可以有效避免焊接缺陷,提高焊接接头的质量和性能。在实际应用中,应根据具体的焊接条件和要求,选择合适的焊接工艺和焊接材料,以确保焊接接头的安全可靠。
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