一、概述

Alloy20（NS1403/N08020），又称20#合金，是一种进口奥氏体铁镍基耐蚀合金。它对氧化性和中等还原性腐蚀有很好的抵抗能力，具有优异的抗应力腐蚀开裂能力和好的耐局部腐蚀能力。在很多化工工艺介质中有令人满意的耐蚀特性，包括侵蚀性很强的无机酸溶液、氯气和含氯化物的各种介质、干燥氯气、甲酸和醋酸、酸酐、海水和盐水等，成为理想的介质输送材料。然而，由于其特殊的化学成分和物理性能，Alloy20的焊接工艺具有一定的挑战性。

二、焊接特性

1. 热敏感性

Alloy20具有较高的热敏感性，气孔生成率较高，容易产生未融合、未焊透等缺陷。此外，铁镍基合金钢还具有较高的焊接热裂纹倾向、焊接区域产生晶间腐蚀倾向。

2. 液态金属流动性差

由于铁镍合金具有较高的镍含量，液态镍流动性差，焊接时易产生未熔合。母材化学成分及力学性能见表1及表2。

3. 碳扩散层的形成

在高温加热过程中珠光体钢与奥氏体钢界面发生碳迁移，珠光体钢一侧形成脱碳层，奥氏体钢一侧形成增碳层，造成两侧力学性能相差较大，引起应力集中。

4. 焊接残余应力

由于珠光体钢和奥氏体钢的线膨胀系数相差较大（珠光体钢与奥氏体钢的膨胀系数之比为14:17），且奥氏体钢的导热能力差，仅为珠光体钢的50%，因此焊后在焊缝和熔合线附近产生较大的焊接残余应力。

三、焊接工艺

1. 焊前清理

焊前认真清理坡口，清除焊件表面水分、灰尘、油脂、油漆等，特别是含硫和铅的杂物，防止Alloy20被硫和铅脆化，导致焊缝沿晶界开裂并产生裂纹。

2. 焊前预热

镍合金的焊接一般不需预热，因为预热将延缓焊缝冷却速度，而过慢的冷却速度将使焊缝产生硬化；但当母材温度低于15℃时，应对接头两侧250~300mm宽的区域加热到15~20℃，以避免湿气冷凝导致焊缝气孔。

3. 焊接方法及焊材选用

由于母材厚度较薄并考虑到焊接接头的实际结构，文中选用钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺。Alloy20具有镍合金的共同特点，焊接时一般不会产生冷裂纹，而较容易产生热裂纹。因此，应严格控制焊接材料中的硫、磷含量。

4. 焊接工艺参数

为防止焊接接头过热，应使用小的热输入，并采用多层多道焊，每层热输入不大于20kJ/cm，层间温度控制在100℃以下，以防止焊缝及热影响区晶粒长大，造成焊接接头韧性下降。

5. 坡口形式

坡口角度及根部圆弧半径均应稍大，以保证熔合良好且有一定的熔深。焊接坡口形式如图1所示。

四、焊接注意事项

1. 控制焊接层间温度

为避免温度剧烈变化，应严格控制焊接层间温度，控制冷却速度，避免温度剧烈变化。

2. 采用冷加工制造坡口

坡口适宜采用冷加工制造。若采用等离子等热切割则应在焊接前去除表面氧化物和熔渣，且Alloy20表面的此类杂质附着性比不锈钢更强，应使用细晶砂带和细晶砂轮进行打磨。

3. 使用氩气保护焊缝背面

为保证钨极氩弧焊获得良好的焊缝质量，焊接时需用氩气保护好焊缝背面，并用“左焊法”施焊。

五、总结

Alloy20铁镍基合金的焊接工艺具有一定的复杂性，需要严格控制焊接材料、焊接方法和焊接工艺参数。通过合理的焊接工艺，可以有效避免焊接缺陷，提高焊接接头的质量和性能。在实际应用中，应根据具体的焊接条件和要求，选择合适的焊接工艺和焊接材料，以确保焊接接头的安全可靠。