Hastelloy(C-276)管道的焊接性分析及应用

Hastelloy(C-276)管道的焊接性分析及应用
摘要:Hastelloy(C-276)合金具有较强的耐蚀性。

焊接时,需控制好焊缝金属的含碳量,保持硫、硅等元素处于较低的含量,选择适当的焊接方法及坡口形状,并清除污染物.还要控制好焊接热输入。

总结工程施工经验,介绍Hastelloy(C-276)合金的焊接工艺、施工工序、施工要点、固溶处理及焊缝返修,通过严格控制焊接施工工艺,焊接合格率100%,光谱检验100%合格。

关键词:Hastelloy(C-276)合金焊接工艺施工要点焊缝返修引言
Hastelloy(C-276)(简称:哈氏合金)是镍基合金的一种,它主要用于强腐蚀性介质场合。

为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能,哈氏合金先后进行了三次重大改进,即按先后分为B、C、G三个系列,在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。

文中结合工程实际, 介绍Hastelloy(C-276)合金管道的焊接技术。

1 应用背景
国内某大型石化厂扩建45万吨/年精对苯二甲酸(PTA)装置,装置中“哈氏合金”管线集中设计在“氧化单元”、“催化剂制备和回收单元”以及“催化燃烧单元”。

输送介质:主要为催化剂及其燃烧尾气;
管道材质代号: Hastelloy(C-276);
设计最高压力:2.0MPa;
设计最高温度:215℃;
管径及壁厚见表1。

2 Hastelloy(C-276)合金的特性
2.1 化学成分
Hastelloy(C-276)合金属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金,材质证上的化学成分见表2。

2.2 力学性能
Hastelloy(C-276)合金的力学性能非常突出,它具有高强度、高韧性的特点,所以在机加工方面有一定的难度,而且其应变硬化倾向极强。

Hastelloy(C-276)合金还存在中温敏化区,其敏化倾向随变形率的增加而增大。

当温度较高时,Hastelloy(C-276)合金易吸收有害元素,使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。

本材料经过“1150℃退火并以水急冷”的加工工艺。

其力学性能试验值见表3。

2.3 耐蚀性能
Hastelloy(C-276)合金的产生主要是针对化工过程环境,尤其是存在混酸的情况下,如烟气脱硫系统的出料管等,主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐,在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。

Hastelloy(C-276)合金中Cr、Mo、W的加入将合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力大大提高,合金中高含量的Ni和Mo使其对氯离子应力腐蚀断裂也有很强的抵抗能力。

3 Hastelloy(C-276)合金的焊接性分析
Hastelloy(C-276)合金的焊接时,对水、油脂、氧化物等污染物较为敏感,特别防止碳钢污染,所以对于坡口的洁净程度和施工隔离的要求较高。

通过对焊接方法和坡口形状的选择,控制焊缝金属凝固组织、改善合金焊缝的熔透性和熔合性。

合金中,硫与镍能形成低熔共晶体向焊缝金属的晶界偏析;硅将引起镍合金的热脆裂纹。

因此,焊接Hastelloy(C-276)合金时,必须控制好焊缝金属的含碳量;保持硫、硅等元素处于较低的含量。

同时,选择好焊接方法及相匹配的坡口形状,并清除污染物。

还要控制好焊接热输入。

4 Hastelloy(C-276)合金的焊接工艺
4.1 焊接方法的选择
选用焊接热输入小的焊接方法。

结合管径,并考虑到施工现场的实用性和通用性,我们选择使用了钨极气体保护焊(GTAW),焊接设备选用脉冲型焊机。

4.2 焊接材料的选择
设计文件中明确要求:必须确保焊缝金属的耐蚀性。

结合焊接方法的选择,选用了成分与母材相当的ERNiCiMo－4焊丝。

4.3 焊接坡口的选择
参照了ASME锅炉与压力容器规范对C-276合金焊接接头的成功经验,设计的坡口形式为外坡口,具体尺寸见图1。

4.4 焊接工艺参数
焊接施工前,我们做了焊接工艺评定试验,合格的焊接工艺参数见表4。

4.5 焊后热处理
对C-276合金的焊后热处理,其实是对材料进行固溶处理,即:在
1040℃～1150℃加热;随后,在两分钟之内快速冷却至400℃左右(黑色状态)。

根据现场管径较小的情况,我们选择绳式电加热器进行焊道加热,采用轴流风机进行强制冷却,全程采用热电偶进行温度监控。

5 Hastelloy(C-276)合金的施工工艺要点
5.1 材料检验
对所使用的管材、管件、法兰、焊丝等进行质量检验,不合格者不得使用。

5.2 下料切割及坡口加工
采用机械或砂轮机并选用不锈钢专用砂轮片切割和磨削。

对机械加工的坡口处进行焊前打磨。

5.3 焊前清理
管段组对前用磨光机将坡口内及其内外两侧各25mm范围内的母材表面氧化膜清理干净,直到露出金属光泽。

焊前应使用不含硫的丙酮或三氯乙烯溶液清洗接头两侧各50mm范围内的母材、坡口和钝边,除掉焊件表面的油脂及其他杂质。

处理完毕后,用干净的棉质布料擦干水分或杂质。

5.4 组对、焊接
焊接用氩气的纯度在99.99%以上,并进行背部冲氩保护,p焊接熄弧后,严禁马上将炙热的熔池及焊丝直接暴露在空气中,焊炬应继续对两者进行氩气保护,以防氧化。

5.5 固溶处理
在热处理之前要清理合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳元素的一切污垢。

升温到1130℃时,停止加热,并迅速拆除外部的保温棉,用多台轴流风机,在2min内,对焊件的内、外进行强制降温。

风机的多少根据降温效果而定。

热处理后进行酸洗和钝化处理。

5.6 施工保护
焊接区域要保持清洁干净、干燥、无尘。

施工过程中,所有相关材料必须与碳钢隔离,以防渗碳污染。

6 Hastelloy(C-276)合金的焊缝返修
(1)返修工作应由相应项目考试合格的焊工担任,并采用经评定合格的返修工艺,严格按返修方案进行。

(2)同一部位的返修次数一般不应超过两次,对经过两次返修仍不能达到要求的焊缝,必须割除并按照施工方案重新施工。

7 结语
在国内某大型石化厂扩建45万t/年精对苯二甲酸(PTA)装置“哈氏合金”管线的施工中,严格按照上述的焊接施工工艺,取得了焊接一次合格率100%、光谱检验100%合格的效果。

参考文献
[1] 周振峰,张文越.焊接冶金与金属焊接性,第二版[M].北京:机械工业出版社,1988.。