镍基哈氏合金HastelloyB-管道的焊接
产品介绍:
以下为典型化学成份及机械性能(ASTM)参考
执行标准:
化学成分：
物理性能:
在常温下合金的机械性能的小值：
此合金具有以下特性：
1.B-合金是镍钼合金家族中的一个新成员，它对任何温度和浓度的盐酸都有极好的抗腐蚀性。同时它对硫酸、乙酸、蚁酸、磷酸及其他不具有氧化性的介质也具有良好的抗腐蚀性。
2.由于对其化学成份作了调整，它的热稳定性相比原来的B-2合金有了大幅的提高。B-合金对点蚀、应力腐蚀、刀口腐蚀和焊接的热影响区的腐蚀等均有很高的抗力。
HastelloyB-的金相结构
HastelloyB-为面心立方晶格结构。该合金的铁和铬含量被控制在小值，因此阻碍了其在-℃间沉淀析出Ni4Mo相，从而降低了加工脆化的风险。
HastelloyB-的特性
瞬时暴露在中温时仍能保持优秀的塑性能;优秀的耐点蚀和应力腐蚀开裂性能力;优秀的耐刀口腐蚀和热影响区腐蚀的性能;优秀的耐醋酸、乙酸、磷酸和其它非氧化性酸的性能力;优秀的耐各种浓度和温度下盐酸腐蚀的性能力;
HastelloyB-应用范围领域有：
B-合金可适用于先前B-2合金所有用途，同B-2合金我一样，B-也不推荐使用于三价铁盐和二价铜盐存在的环境中，因为这些盐会很快引起腐蚀破坏。当盐酸接触到铁和铜时，会与之发生化学反应生成三价铁盐和二价铜盐。
B-合金是美国Haynes公司20世纪90年代开发出来镍钼合金产品，合金由于镍、钼含量较高，因此在保证合金具有奥氏体组织的前提下，有效减少有害金属间化合物脆性相的析出，铬、钼、铜、钛等合金元素的加入，保证材料在多数介质中，有良好的耐蚀性能。其主要化学成分及各元素的作用见表1、表2。
B-材料含镍量高及其合金元素多，熔点高，导热性差，热膨胀系数小，固液相温度区间小，液态金属黏度大，铁水熔化后粘稠，铁水流动性差不易润湿侧边，焊接时要比碳钢、不锈钢难焊透。同时，焊接时具有较高的热敏感性，导致晶间腐蚀倾向，容易产生热纹、未熔合、未焊透等缺陷。B-合金和碳钢物理特性比较见表。
2焊接性分析
2.1晶间腐蚀
由于B-合金中含有约29%的Mo元素和1.7%的Cr元素，因此B-合金也具有晶间腐蚀敏感性。当超过基体溶解度的碳处于敏化温度范围时会以碳化铬、碳化钼等碳化物形式在晶界析出，使邻近区域产生贫铬区和贫钼区，致使产生晶间腐蚀敏感性。其危害一是使合金脆化，冲击韧性下降；二是在某些介质中敏化后的合金会加速沿晶界的晶间腐蚀。B-晶间腐蚀敏化温度~℃,因此在焊接过程中应尽量减少B-在敏化温度范围内的停留时间。
2.2热裂纹
与不锈钢相比，B-合金具有更高的焊接热裂纹敏感性，在弧坑处易产生火口裂纹。镍和硫、磷及NiO等易形成低熔点共晶，焊缝金属凝固时常形成粗大的树枝状奥氏体结晶，低熔点杂质更易集中于晶界，在晶粒凝固收缩应力和焊接应力的作用下，未完全凝固的晶界低熔点物质(晶间液膜)很容易被拉裂形成热裂纹。为此，在焊接前，必须对母材和焊丝进行严格清理，防止有害元素向焊缝区过渡。当焊接线能量过大时，由于输入热量大，晶界上的低熔点相就会熔化而形成液化裂纹。因此，焊接镍合金时应选用比较低的线能量。
2.气孔
B-合金，固液相的温度间距小，流动性偏低。在焊接快速冷却凝固结晶的条件下，一些气相组合在固相中的溶解度要远低于液相，气相来不及析出便在焊缝金属中形成气孔。B-合金焊接比碳钢和低合金钢焊接较易形成气孔。为了防止气孔的产生，必须消除产生气孔的来源，在施焊前必须清除坡口及近缝区的氧化物、各种涂料、油污等。焊前镍及镍合金焊件上除应去除水分、有机物、氧化物外，还应特别注意表面不可残留含硫与含铅物质，以免焊缝与焊接接头中因镍与硫或铅作用而产生脆性。
2.4焊接时熔池十分粘稠、熔深较浅由于镍基B-合金晶粒体积粗大，所以焊接
时形成的熔池十分粘稠、流动性差、熔深较浅。这种现象不能通过增大电流改善，增大焊接电流反而会增加焊接缺陷机率。碳钢和镍基合金熔池熔深对比见图1。
2.5容易出现未熔合、夹渣等缺陷
B-合金中Ni的含量≥65%,含Mo量约为0%,这些合金成分使该合金在焊接时，熔池金属的流动性差，且表面易形成难熔的氧化膜(NiO),镍的氧化物的熔点比合金本身的熔点高，当合金熔化的时候，氧化镍还远远没有达到它的熔点，使得熔透性差。所以，没有彻底清除焊缝坡口、焊丝表面被氧化的镍，则这些掺杂在熔池中的氧化镍就会形成未熔合、夹渣。
焊接方法和工艺的选择
根据甲方提供的材料和管材规格，决定B-合金焊接时采用钨极氩弧焊，这样有利于满足焊接接头在焊后状态有良好的耐晶间腐蚀性能。同时钨极氩弧焊具有小线能量，焊接质量稳定，焊缝成形好，氩气有效保护熔池等作用。焊丝牌号选择ERNiMo-10,规格中2.4mm。其主要化学成分见表4,焊接工艺参数表见表5。
4焊前准备
4.1单独划分一片区域，四周封闭，地面硬化并铺设胶皮木板等，避免B-合金和地面或黑色金属接触遭到污染。焊工需进行焊前培训，并经过现场考试合格后方可施焊。如图2所示。
4.2坡口的切割和打磨。B-合金可以采用等离子切割、机加工、打磨等方法，但焊接前要把切割的区域清理干净，可以采用专用增强树脂砂轮进行打磨，以提高清理的质量和效率。
4.氩气纯度对焊接质量也有较大影响，氩气纯度低、杂质多，增加了弧柱气氛中氢的含量，导致氢气孔。瓶装氩气纯度不达标因素主要是在瓶装氩气充装过程中，充装管道没有严格清理，对回收的氩气瓶没有检查是否瓶内压力低于1MPa,导致瓶内无负压下灌装进空气等。目前对瓶装氩气纯度缺乏有效检测手段，加上奸商浑水摸鱼，氩气纯度难以控制。故焊前应对瓶装氩气严格把关，若有条件推荐采用液态氩气进行焊接保护。如图所示。
5焊缝点固焊
焊缝清理洁净后，采用氩弧焊方法在坡口采用连接板点固焊接；也可以在坡口内直接用氩弧焊搭桥点固，但应注意搭桥点固时电弧不能伤到坡口根部。如图4所示。焊口间隙为~4mm,防止焊缝收缩大导致后面焊缝间隙太小或没有间隙影响打底焊接质量。
6管道内置换氩气技巧采用氩气封堵板封堵焊缝两侧，距离~mm之间。两块封堵隔板之间用铁丝连接，焊接完毕连同气带一起用铁丝从管内拉出来。管膛内进气端使用三通(或用废海绵的边角料将气带端部包扎),让氩气均匀的从四周喷出。如图5所示。焊接前对管内氩气浓度进行检验技巧：焊丝放在坡口内处在氩气保护下，引燃电弧将焊丝端部加热至变红后迅速将焊丝送到管膛内并将电弧熄灭，待焊丝端部温度降到室温后抽出，观察焊丝端部的颜色来判断管内氩气的浓度是否达标。焊丝端部为银白色，说明管内气体浓度满足焊接要求；金黄色说明管内氩气浓度尚可；焊丝端部为蓝、灰等颜色说明管内氩气浓度不能满足焊接要求。如图6所示。
7钨极氩弧焊封底焊接方法
采用中25mm的铈钨极，钨极伸出长度~5mm,喷嘴直径14mm(喷嘴越大效果越好)。采用高频引弧，焊枪在焊接时要尽量垂直于焊件，这样能更好的控制熔池的大小，而且可使喷嘴氩气均匀的保护熔池不被氧化。镍基材料导热性、铁水流动性不好，焊接时，钨极端部离焊件距离2mm左右，采用小电流、焊丝顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，注意一定要等电弧打开熔池两端形成熔
孔后，采用熔池两端点送丝，电弧中间摆幅适当稍快，两边应稍作停顿，保证两边熔合好。层间温度不得高于℃。为防止仰焊内部焊缝内凹，打底层采用仰焊位置内填丝，立、平焊部位外填丝方法进行施焊。收弧时要填满弧坑，气体延时保护，避免焊缝在高温下被大气污染。如图7所示。
8中间层填充及盖面焊接方法
填充、盖面焊时，电弧应在坡口边缘稍作停顿，保证熔池与坡口更好的熔合，保证盖面
层焊缝和边缘熔合整齐。
焊接时，焊枪角度要与管子垂直，焊枪角度要随时变化。起焊和收弧的上下接头要超过中心线5~10mm,要注意坡口边缘不要被电弧擦伤以备盖面层焊接。
9几点注意事项
(1)焊前需进行焊工培训，使其对镍基材料(焊接)特性、工艺要点、操作要点熟练掌握，辅助材料使用得当，避免焊缝成形不良，焊缝表面及根部污染。如图8所示。
(2)辅导焊工熟练掌握镍基管膛内充氩技巧，避免执行不严谨，部分管膛内氩气浓度不达标就开始施焊，造成根部焊缝氧化、成形不良，根部焊缝未焊透。如图9所示。
()焊工需采用高频引弧焊机，保证焊枪电弧衰减熄弧，避免焊工焊接时强制拉断电弧，造成“弧坑裂纹”、“条状缺陷”等。
10结束语
镍基材料哈氏合金HastellayB-,因含有镍、铬、钼、铜、钛等合金元素，熔点高，导热性差，焊接时铁水熔化后粘稠，铁水流动性差不易润湿侧边，具有较高的热敏感性，具有晶间腐蚀倾向，容易产生热裂纹、未熔合、未焊透等缺陷。所以，施工前要对焊工进行专项交底培训；焊接环境要保持洁净，最好设立专门焊接区域；焊前对坡口、焊丝等要严格清理；焊接时应特别注意采用高频引弧焊机避免出现收弧裂纹；保证管膛内保护氩气的浓度，避免根部焊缝氧化夹渣和未焊透；由于铁水粘稠，每层焊缝要薄，层间厚度不宜超过mm。
