关于HASTELLOY®C-22®（哈氏合金）和AL-6XN®合金：焊接质量如何影响耐腐蚀性

尽管300系列不锈钢，如316型，在许多环境中都具有耐腐蚀性，但它们依旧在很多工况下难以耐受腐蚀，甚至有时问题出现仅在安装后的几个月内。这是从事生物制药和食品加工行业的设备厂用它们教训得出了这样的结论。

 

 

超级合金™可以通过减少产品损失、降低维护成本和避免计划外停机，从而实现稳定可靠的投资回报，这就是为什么在腐蚀风险较大时工程方通常决定使用由AL-6XN®合金（UNS N08367）或Hastelloy®C22®哈氏合金（UNS N06022）制成的管道和管配件，而非标准不锈钢。

 

一套系统的整体使用寿命和对退化的敏感度即取决于焊缝的耐腐蚀性，也取决于母材的耐腐蚀性，就如同链条的强度取决于其最薄弱的环节。

 

 

AL-6XN®合金VS HASTELLOY®C-22®哈氏合金

 

 

AL-6XN合金的成分中，铬含量约为22%，镍含量约为24%以及6%的钼含量，使得AL-6XN合金相比300系列不锈钢（4%钼含量）或其他含6%钼的超级不锈钢拥有更好的耐腐蚀性。相比之下，316L不锈钢仅含有16-18%的铬、10-12%的镍和2-3%的钼。钼提高了其在高氯溶液中的耐腐蚀性，特别是耐点蚀和缝隙腐蚀，并提升了材料强度使其能够承受为了达到卫生要求的高温处理

 

AL-6XN合金是针对含有大量氯化钠的海水环境而研制的。现在经常被用于食品、饮料、个人和家庭护理、生物技术和药物加工，如番茄罐头、番茄酱、醋制品、运动饮料、洗发水、牙膏和缓冲溶液的工况下。而在某些情况下，产品本身不具有腐蚀性，但用于清洁系统的化学物质具有腐蚀性。

 

哈氏合金C-22是一种镍合金，其铬和钼含量要高于AL-6XN合金的同时还含有钨（约3%）。高铬含量提供了优异的抗氧化性介质，而钼和钨有助于抵抗还原性介质和含氯环境中的腐蚀。它在缓冲溶液、原料药、色谱柱、鱼露、辣椒酱、织物柔软剂和清洁用品等恶劣环境中具有优异的耐腐蚀性。

 

重要的是要记住，连接系统部件的焊缝的强度和耐腐蚀性必须等于或高于用作母材的超级合金。因此，AL-6XN合金或904L合金焊接时通常添加C22合金焊环。否则，您将面临焊缝腐蚀的风险，这将意味着短时间内就会对您的设备进行维修，以及因维修和停机而产生的成本。一个高质量，执行正确的焊接工作将有助于确保您对超级合金的投资有等价的回报。

 

超级合金的焊接与标准奥氏体不锈钢的焊接相似，采用适当的焊接工艺可以很容易地获得高质量的焊缝。

 

轨道焊接的好处

超级合金既可以手工焊接，也可以使用自动焊接设备进行焊接。随着轨道焊接设备在过去20年里不断进步，自动焊接对设备安装者和制造商越来越有吸引力。

 

轨道焊接的许多优点在焊接超级合金时需加以考虑。主要优点是焊接质量一致且性且可重复性。超级合金常用于需要考虑耐腐蚀性的系统中，当管道与管件正确地进行轨道焊接时，它将为整个管道系统提供一致的焊接质量从而保证整个系统的耐腐蚀性。CSI有多年使用超合金轨道焊接系统的经验，因此请联系我们寻求建议或帮助。

 

焊接表面如何影响耐腐蚀性

 

1.管基金属-在加工成管之前呈片状的原材料

2.管焊缝-在材料加工成管子后连接板材边缘的焊缝

3.轨道焊接-将系统部件熔合在一起的焊缝

4.轨道焊接HAZ（热影响区）-由于暴露于焊缝附近的高温，其材料性能发生变化的母材非熔化区

 

1 管子母材

 

这是焊接件最耐腐蚀的部分。它没有受到焊接工艺的影响而改变，并且保留了合金所有固有的耐腐蚀性和机械性能。

 

2 管道焊缝

 

管道焊缝是焊接件中第二个最不可能出现故障的地方，然而，并非所有的管子都有焊缝。超级合金管可以是无缝的，也可以是焊接的。如果是无缝的，就不会有管道焊缝，潜在的焊缝腐蚀风险也就消除了。

 

焊管易受焊缝缺陷的影响，包括不匹配的边缘、焊缝咬边、不当的焊道减少或焊缝点蚀。焊管焊缝需要进行焊后固溶退火，以均匀化组织和恢复性能。如果处理得当，焊缝的性能将与母材非常相似。

 

3 轨道焊接

 

这是第三个最不容易腐蚀的地方。为了达到期望的合金的抗腐蚀性，AL-6XN部件采用自熔焊接时需要加一个如哈氏合金C-22更好的合金焊环，以增强其抗腐蚀性。如果AL-6XN部件采用自熔焊接（无嵌件）连接，则需要进行焊后退火处理以恢复耐腐蚀性。如果不遵守AL-6XN的这些预防措施，将使轨道焊接的焊缝成为最容易腐蚀的区域。

 

哈氏合金C-22无需过度合金化嵌件或焊后退火即可轻松焊接，同时仍能保持其耐腐蚀性-焊后固化结构可保持足够的耐腐蚀性。然而，对C-22®焊缝进行退火处理将消除应力并提高韧性。

 

虽然轨道焊缝质量非常稳定，如果不重视下列参数，也无法避免出现缺陷。以下是轨道焊缝中可以观察到的一些缺陷：

 

• 未焊透。当一条焊道中焊接未完全焊透最厚的焊缝坡口时将在焊根处形成裂纹或裂缝，从而使裂纹或腐蚀扩展。当不遵守正确的焊接程序时，可能会出现这些缺陷；影响因素包括当前设置、电弧间隙、电脱气量或电脱线。镍基合金，如哈氏合金C-22，容易出现焊接迟缓和浅熔透，增加了未焊透的可能性。轨道焊接程序应使用脉冲电流，该电流有助于在不消耗热量的情况下控制焊缝熔深，并控制熔池，使焊道更加一致。

 

 

• 焊接金属中的孔隙或气体可能是由于保护气体中的水分、润滑脂或接头表面的污垢，甚至是保护气体流速不足而产生的。

 

• 开裂。AL-6XN和C-22等超级合金具有完全奥氏体的微观结构，这使得它们对热更加敏感易产生热裂纹。可能导致热裂纹的常见因素是高热量输入、高水平的不良污染物和错误的焊接装配设计（必须正确确定坡口角度）。

 

4 轨道焊接热影响区

 

这个区域最容易腐蚀。与轨道焊缝直接相邻的热影响区容易产生不期望的二次相沉淀，是最容易形成不符合标准的热影响区，这两种情况都会降低耐腐蚀性。正确的焊接程序，包括使用自耗嵌件和保护气体，将消除这些潜在问题，并使得热影响区的耐腐蚀性能与母材非常相似。

 

较低的热量输入使得材料能拥有更快的冷却速度和更小的热影响区，从而最大限度地减少微观结构的改变，如晶粒长大和不良二次相的沉淀，并提高其机械强度和耐腐蚀性。

 

焊接外观差异

 

您和您的客户应该知道，AL-6XN和Hastelloy C-22的焊缝看起来与其他不锈钢焊缝不同。

 

与316L焊缝不同，AL-6XN焊缝在焊道中有不规则的冻结线和氧化岛。氧化岛呈暗灰色或蓝灰色附着在表面。焊缝根部和表面上的光点和黑点也很常见。热影响区相比典型的典型的316L不锈钢焊缝颜色会不同且略暗。

上图为两端均是AL-6XN且使用内嵌环焊接的示意图，不规则的冻结线和间歇性的氧化岛均有出现。这样的焊接是可接受的。

 

C-22焊缝在焊道中有氧化岛。在熔池上形成并在焊缝上凝固的薄膜是由高熔点氧化物组成的。出现氧化岛是正常的且在ASME BPE（生物制药设备）等标准下是被允许的。

这是一个两端均为C-22哈氏合金且并未使用内嵌环的焊接示意图，有较少且可视的冻结线，冻结线的数量明显少于316L焊接。而氧化岛几乎覆盖了整条熔池。这样的焊接是可接受的。

 

热影响区（HAZ）的一些变色现象在AL-6XN和C-22焊缝中也很常见，并不一定是气体保护不当造成的。影响热影响区变色的其他因素包括表面处理工艺，包括：

 

管磨机表面处理方法如酸洗、钝化；

机械抛光；

清洗；

退火炉内气体

。

这些工艺产生的热影响区的变色通常比传统不锈钢材料的变色更深，但并不表示存在焊接缺陷。

 

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