[发明专利]高强镍铁铬合金与铬镍不锈钢板焊接方法及多晶硅冷氢化反应器制备的应用

说明书

技术领域

本发明涉及高强镍铁铬合金与铬镍不锈钢板的焊接方法。 

背景技术

高强镍铁铬合金如NS111/N08800/Incoloy800/Cr20Ni32AlTi等，是耐蚀合金中较好性能，成本和价格较高，抗氧化性介质腐蚀，高温下抗渗碳性良好。常用作热交换器及蒸汽发生器等。典型的如N08800和Incoloy 800H。此材料具有较好抗氧化性介质的能力，耐腐蚀，抗高温抗渗碳热强度高，具有优良的机械性能和抗腐蚀性能、加工性能及焊接性能，是具有广泛用途的耐综合腐蚀性能较好的合金。耐蒸汽、软水、蒸汽-空气-CO3混合物，各种酸溶液、盐类、H2S腐蚀。而相对成本低的铬镍不锈钢、典型的如0Cr17Ni12Mo2也具有较大用途，现有技术未有对以上二种合金板的焊接作出工艺性报导。 

冷氢化反应器的材料的选用主要考虑耐高温性能，作为主要反应区的中下部温度相对较高，选用N08800材料，根据ASME II-D得N08800使用温度上限825℃，满足本段温度使用要求。其成分介于不锈钢和镍基合金之间，其镍含量处于在高温高压条件下既不出现穿晶，又不产生晶间应力腐蚀的范围，且材料具有高强度，抗高温氧化和蠕变的性能以及优良的抗均匀腐蚀和氯化物应力腐蚀性能，在多晶硅项目中得到广泛应用。N08800系列材料焊接特性表明，N08800系列材料成分中镍含量高，其具有以下有别于不锈钢且严重影响焊接质量的特性： 

1)焊接熔池金属流动性差 

2)焊接电弧穿透率低，熔深小 

3)焊接接头易产生热裂纹，应力释放裂纹和气孔等缺陷 

4)使用过程中金属表面形成致密的氧化膜避免进一步氧化。 

发明内容

本发明目的是：提出一种高强镍铁铬合金与铬镍不锈钢板的焊接方法，尤其是厚壁N08800与铬镍不锈钢板的焊接方法，以及利用本发明方法制备符合要求苛刻的多晶硅产业的冷氢化反应器。 

本发明目的还在于：在保证焊接熔合良好的基础上，减少填充金属，降低焊接应力。 

本发明的技术方案是：高强镍铁铬合金与铬镍不锈钢板的焊接方法，其步骤是： 

焊接接头施焊处进行清理、磨光、(溶剂)清洁；主体焊缝坡口结构采用对称U形坡口，坡口根部R≥8mm，坡口侧壁角度(如单坡口角度)β≥14°：钝边是1mm-2mm，可以将底部间隙设在大约3mm-4mm； 

采用钨极氩弧焊打底，正反高镍铬焊条填充各2-3层，再采用焊条施焊时，坡口中部填充不摆动，坡口边缘焊接时小幅微摆动，在焊缝坡口处的短暂停留，以防焊道被”咬 边”或出现焊渣被掺杂的情况；高镍铬合金的细丝埋弧焊填充盖面，施焊时采用多层多道焊；细丝小电流，快速焊，并层道间压道施焊。 

典型氢化反应器设备制作关键问题是0Cr17Ni12Mo2和N08800板的焊接，0Cr17Ni12Mo2不锈钢焊接相对容易，焊接控制层道金属填充厚度和层间温度，可保证焊接接头质量。N08800系列材料属于铁镍高温合金，镍合金的焊接方法与奥氏体不锈钢的焊接方法有一定类似。而该材料具有较多有别于不锈钢的特性，加工焊接过程中要求的工艺不同于普通不锈钢。本发明涉及的设备属于多晶硅核心设备，其中0Cr17Ni12Mo2材料厚度为30-60mm，N08800材料厚度为30-60mm，提高该设备的N08800部分的加工焊接要求极为重要。 

焊接坡口成形方法是，采用机床对板材进行粗刨，待坡口角度及R弧尺寸大体成形时再更换刀具对表面进行一次精刨，最后用抛光机进行局部抛光，经过粗糙度仪检测合格后进行角度和R弧测量。 

坡口清理清洁步骤是：焊接前将坡口及附近用丙酮进行清理，彻底清除油污和灰尘；打底焊用纯度在99.99％以上的氩气，施焊时反面先通氩气保护。 

焊接完成后对表面质量再次进行检查，合格后进行无损检测；焊接中选用小电流、短弧和较慢的焊接速度，每分钟小于15厘米，打底焊过程中，焊丝加热端必须处于氩气保护之中，多层焊接时要严格控制层间温度，不得高于100℃，收弧时将弧坑填满或把弧坑引出避免弧坑裂纹。 

消除焊接结晶裂纹的方法是：仔细清理焊件表面的氧化皮和污物，以免含S、P、Pb元素的杂质混入焊接熔池。 

焊接时避免产生H2O气孔和CO气孔的方法：将工件的坡口及附近的油类和污垢没有清除干净。