北京博鼎诚工程设计有限公司 肖 立
摘要：结合工程实际和INCOLOY合金的特点阐述分析Incoloy800HT和TP304H异种材质的焊接工艺要求，总结Incoloy800HT和TP304H异种材质的焊接时容易出现的焊接质量控制要点。
关键词：合金、异种钢、焊接、工艺、质量
1、工程实例：某公司苯乙烯装置高温蒸汽过热炉炉管包含多种钢材焊接、异种钢焊接。见表1。
20#、TP304H，1Cr5Mo是常用的工程材料，焊接工艺比较成熟。Incoloy800HT是进口材料，为此我们在焊接之前从理论上进行探讨，对Incoloy800HT和TP304H异种材质进行了焊接工艺试验，确定了正确可行的焊接工艺，保证了工程的质量和工期。 2、Incoloy 合金的焊接特点 2.1 Incoloy 合金是一种铁镍铬系镍合金，是一种典型的耐高温材料。它分为固熔强化型和析出强化型两种，具有与钢中奥氏体同样的面心立方晶格，是在镍的奥氏体组织中加入Cr、Ti、Al等元素使晶体强化。Incoloy800HT是固熔强化型合金，Cr占19.0%—23.0%，高温下抗氧化性能强（化学成分见表2）。它的塑性、韧性好，熔点比钢低，约为1357—1358℃，线膨胀系数介于奥氏体不锈钢与碳素钢之间。但这种材料导热性差，电阻比碳素钢高，所以焊接热量不宜散出，容易形成过热，晶粒长大的倾向大，在焊接过程中必须采取适当的措施，否则会使焊接接头的力学性能和耐热性能急剧下降。 2.2 Incoloy 800HT合金焊接时特别容易产生热裂纹，主要是合金凝固时有低熔点金属和金属化合物的液态膜残留在晶界区，由于收缩应力而发生开裂。Incoloy合金同材质及异材质焊接时母材中的S、P含量越高，裂纹率越高，尤其是P含量超过0.011%后裂纹率直线上升（见图1）。因为随着S、P含量的增高，焊接时产生的S、 P共晶物越多，其熔点与镍铁相比低 得多，尤其在材质较厚的情况下，内应力增大就更加容易产生热裂纹。除此之外，如果焊接电流大，焊条摆动过宽，使焊缝过热也容易产生热裂纹。
2.3 Incoloy合金焊接时特别容易产生夹渣和气孔，坡口、焊丝及焊道中的油脂，油漆、氢化物等异物要充分的进行清除。TIG焊时氩气的纯度要高，气体保护要好，焊条要按标准规定进行烘烤，以便严格控制熔池中的氢、氮、氧等有害气体从而有效地防止气孔的产生。 2.4 Incoloy合金熔池流动性差，浸润性差，焊缝容易形成凸形，外观成型不好控制，所以实际施焊时电流要小，速度要快。 总之，Incoloy合金焊接性较差，所以在焊接时对焊接材料、焊接方法要进行优化选择，对焊接工艺和焊接线能量要严格控制。 3、Incoloy 800HT与 304H异材质的焊接工艺评定 3.1 试验依据 评定标准ASME IX《焊接及钎焊评定》 3. 2 试件的规格与坡口形式： Incoloy 800HT与 304H，δ= 用机械加工，V型坡口（如图2），接头形式：对接。 3. 3 焊接方法与极性： 打底采用手工钨极氩弧焊，正接，打底时应进行内部充氩保护，气 体纯度应达到99.99%；焊缝填充采用手工电弧焊两遍，反接。层间温度≤150℃。 3. 4 焊接位置：水平固定 3. 5 焊接工艺参数见表2 3. 6 检验试验结果： 4、焊接工艺技术要求：
根据焊接工艺试验及评定结果，对Incoloy 800HT、TP304H异种钢的焊接，提出如下要求： 4.1 Incoloy 800HT导热性差，熔池流动性差，坡口角度应大一些，一般不应小于65°。坡口应用机械加工。坡口要用着色检验，合格后坡口两侧至少100mm范围内的油、漆、锈、垢等污物必须清理干净方可组对点焊。 4.2 应挑选技术熟练的焊工，经过严格的培训，掌握Incoloy 800HT、TP304H焊接要领才可以进行焊接工艺评定焊接，取得相应的合格证，才可以在现场进行焊接作业。另外焊接的焊工必须具有不锈钢焊接资质，并按ASME第IX卷《焊接技能评定》对其施焊的第一个焊口进行射线探伤合格为具有资质。 4.3 Incoloy 800HT、TP304H异种钢焊接时必须严格控制层间温度≤150℃。 4.4 定位焊要点：焊接工艺必须与正式焊接工艺相同，焊缝应均匀分布。正式焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间，且应保持焊透，无焊瘤，熔合好且无焊接缺陷。 4.5 第一道焊缝采用氩弧焊时，氩气纯度要达到99.99%，第一层焊道剩下20—30mm时，应逐渐减（转46页）（接45页）少内充氩气的压力，直到最后关闭，经保证焊缝的内外成型、防止氧化和充分熔合。 4.6 TIG焊缝及每层焊接，要进行着色检验，合格后将焊道及坡口两侧清理干净后才可进行下一道焊缝的焊接。 4.7 在保证熔透的情况下，应尽可能采用小电流多层多道、短弧、窄道快速焊接工艺，焊条的摆动弧度应小于焊条直径的两倍，收弧时应将弧坑填满，避免产生弧坑裂纹。 4.8 焊工应严格遵守焊接工艺，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧。焊丝使用前必须清除锈斑和油污，直到露出金属光泽。当焊接环境出现下列情况之一时，如无有效的防护措施禁止施焊：风速大于等于8米/秒；相对湿度大于90%；雨、雪天气；环境温度低于0℃ 4.9 焊缝加强高应严格在1.6—3.2mm范围内。 5、工程应用 陕西延长石油集团炼化乙苯/苯乙烯装置项目蒸汽过热炉中间一段炉管为φ89×5.5的TP304H与Incoloy 800HT异种钢焊接，共有26道焊缝, 由于采用了合理的焊接工艺，加强了过程控制，着色探伤合格率100%，X射线探伤78张片，一次合格率达到100%。 6、结论 6.1 Incoloy 800HT与TP304H异种钢焊接时由于两侧母材化学成分及力学性能的差异，热胀冷缩系数不一致易于产生热裂纹，尤其当母材含磷量超过0.011%时，裂纹直线上升。所以在焊接过程中应严格执行焊接工艺参数，控制焊接线能量，控制层间温度，同时还需特别注意产生缺陷后立即消除，经着色检验合格后，才可进行下一步焊接。 6.2 Incoloy 800HT同材质及异种钢焊接抗气孔能力较差。因此，焊接前必须用砂轮仔细打磨坡口，或用丙酮认真清洗将坡口两侧至少100mm范围内的油、漆、锈、垢等污物。着色后的坡口及焊道要用清水冲洗擦干后再用丙酮认真清洗。焊接前将焊丝用丙酮擦洗干净，焊条严格按照烘干规范烘烤发放及使用，焊接时采用短弧，做好充氩保护，氩气纯度达到99.99%，注意焊枪角度尽量与工件成90°提高氩气的保护效果。严格控制熔池中氢氮氧等有害气体，可以有效地控制焊缝中气孔的产生。 6.3 适当加大坡口角度，改善熔池的流动性浸润性，焊接时注意运条方法，摆动不可超过焊条直径的三倍，采用小电流多层多道、短弧、窄道快速焊接工艺，能降低裂纹产生率，保证良好的焊缝外观质量。
