一、概述

Alloy20（NS1403/N08020），又稱20#合金，是一種進口奧氏體鐵鎳基耐蝕合金。它對氧化性和中等還原性腐蝕有很好的抵抗能力，具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力和好的耐局部腐蝕能力。在很多化工工藝介質(zhì)中有令人滿意的耐蝕特性，包括侵蝕性很強的無機酸溶液、氯氣和含氯化物的各種介質(zhì)、干燥氯氣、甲酸和醋酸、酸酐、海水和鹽水等，成為理想的介質(zhì)輸送材料。然而，由于其特殊的化學(xué)成分和物理性能，Alloy20的焊接工藝具有一定的挑戰(zhàn)性。

二、焊接特性

1. 熱敏感性

Alloy20具有較高的熱敏感性，氣孔生成率較高，容易產(chǎn)生未融合、未焊透等缺陷。此外，鐵鎳基合金鋼還具有較高的焊接熱裂紋傾向、焊接區(qū)域產(chǎn)生晶間腐蝕傾向。

2. 液態(tài)金屬流動性差

由于鐵鎳合金具有較高的鎳含量，液態(tài)鎳流動性差，焊接時易產(chǎn)生未熔合。母材化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1及表2。

3. 碳擴散層的形成

在高溫加熱過程中珠光體鋼與奧氏體鋼界面發(fā)生碳遷移，珠光體鋼一側(cè)形成脫碳層，奧氏體鋼一側(cè)形成增碳層，造成兩側(cè)力學(xué)性能相差較大，引起應(yīng)力集中。

4. 焊接殘余應(yīng)力

由于珠光體鋼和奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)相差較大（珠光體鋼與奧氏體鋼的膨脹系數(shù)之比為14:17），且奧氏體鋼的導(dǎo)熱能力差，僅為珠光體鋼的50%，因此焊后在焊縫和熔合線附近產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。

三、焊接工藝

1. 焊前清理

焊前認(rèn)真清理坡口，清除焊件表面水分、灰塵、油脂、油漆等，特別是含硫和鉛的雜物，防止Alloy20被硫和鉛脆化，導(dǎo)致焊縫沿晶界開裂并產(chǎn)生裂紋。

2. 焊前預(yù)熱

鎳合金的焊接一般不需預(yù)熱，因為預(yù)熱將延緩焊縫冷卻速度，而過慢的冷卻速度將使焊縫產(chǎn)生硬化；但當(dāng)母材溫度低于15℃時，應(yīng)對接頭兩側(cè)250~300mm寬的區(qū)域加熱到15~20℃，以避免濕氣冷凝導(dǎo)致焊縫氣孔。

3. 焊接方法及焊材選用

由于母材厚度較薄并考慮到焊接接頭的實際結(jié)構(gòu)，文中選用鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的焊接工藝。Alloy20具有鎳合金的共同特點，焊接時一般不會產(chǎn)生冷裂紋，而較容易產(chǎn)生熱裂紋。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接材料中的硫、磷含量。

4. 焊接工藝參數(shù)

為防止焊接接頭過熱，應(yīng)使用小的熱輸入，并采用多層多道焊，每層熱輸入不大于20kJ/cm，層間溫度控制在100℃以下，以防止焊縫及熱影響區(qū)晶粒長大，造成焊接接頭韌性下降。

5. 坡口形式

坡口角度及根部圓弧半徑均應(yīng)稍大，以保證熔合良好且有一定的熔深。焊接坡口形式如圖1所示。

四、焊接注意事項

1. 控制焊接層間溫度

為避免溫度劇烈變化，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接層間溫度，控制冷卻速度，避免溫度劇烈變化。

2. 采用冷加工制造坡口

坡口適宜采用冷加工制造。若采用等離子等熱切割則應(yīng)在焊接前去除表面氧化物和熔渣，且Alloy20表面的此類雜質(zhì)附著性比不銹鋼更強，應(yīng)使用細(xì)晶砂帶和細(xì)晶砂輪進行打磨。

3. 使用氬氣保護焊縫背面

為保證鎢極氬弧焊獲得良好的焊縫質(zhì)量，焊接時需用氬氣保護好焊縫背面，并用“左焊法”施焊。

五、總結(jié)

Alloy20鐵鎳基合金的焊接工藝具有一定的復(fù)雜性，需要嚴(yán)格控制焊接材料、焊接方法和焊接工藝參數(shù)。通過合理的焊接工藝，可以有效避免焊接缺陷，提高焊接接頭的質(zhì)量和性能。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的焊接條件和要求，選擇合適的焊接工藝和焊接材料，以確保焊接接頭的安全可靠。