 1、引言 鎳質量分數在30%以上的合金通稱為鎳基耐蝕合金，如奧氏體不銹鋼一樣，鎳基耐蝕合金顯微組織是單相奧氏體，固態下沒有相變，母材和焊縫金屬的晶粒不能通過熱處理細化。 它具有獨特的物理、化學和耐蝕性能，在200～1090℃范圍內能耐各種腐蝕介質的侵蝕，同時還具有良好的高溫和低溫力學性能，在石油化工、核工業、航空航天中得到廣泛應用。 常用的鎳基耐蝕合金可分為4大系列： ①Ni-Cu系 以Ni、Cu為主元素，稱為蒙乃爾（Monel）合金，以4000系列數字表示； ②Ni-Cr-Fe系 以Ni為主元素且Cr比Fe多，稱為因康鎳（Inconel）合金，以6000系列數字表示； ③Ni-Fe-Cr系 Ni含量小于50%且且Fe比多Cr，稱為因康洛依（Incoloy）合金，以8000系列數字表示； ④Ni-Mo或Ni-Mo-Cr系 以Ni為主元素且Mo含量較高，稱為哈斯特洛依（Hastelloy）合金。 2、鎳基合金焊接過程中常出現的問題 2.1熱裂紋 鎳基合金焊接時易產生焊縫的宏觀裂紋（凝固裂紋）及微觀裂紋（多邊化裂紋）或二者同時存在的熱裂紋。 晶間液膜是引發鎳基合金單相奧氏體焊縫凝固裂紋的最主要冶金因素。鎳基合金焊接時，由于S、Si等雜質元素在焊縫金屬中偏析，形成低熔點共晶物（Ni-NiS，645℃）。 焊縫金屬結晶時低熔點共晶物的液態膜殘留在晶界區，由于鎳基合金線膨脹系數大，焊接時產生較大的拉應力，結晶時液態膜在收縮應力作用下易產生開裂。[[]] 鎳基合金焊縫金屬組織為單相奧氏體，純金屬與單相合金焊縫多邊化晶界的形成和發展，是鎳基合金焊縫出現多邊化裂紋的主要原因。 為提高單相奧氏體合金焊縫金屬抗熱裂紋的能力，在焊材中加入固溶強化的Mo、W、Mn、Ta、Cr及Nb等元素，可有效抑制鎳基合金焊縫多邊化晶界的形成和發展。 2.2氣孔 鎳基合金的熔化區間在1287～1446℃，固液相溫度間距小，熔敷金屬很黏，流動性較差。在快速冷卻結晶條件下，氣體來不及逸出在焊縫中產生氣孔。 2.3夾渣 純鎳及鎳合金的氧化物與鋼不同，如純鐵的熔點為1538℃，FeO為1420℃，Fe3O2為1565℃，因此鋼焊接時氧化物和基體金屬幾乎一起熔化。 但鎳和鎳的氧化物熔點相差很懸殊，如純鎳的熔點為1446℃，NiO為2090℃，由此可看出，鎳合金的氧化物在焊接時以固體形式保留，結果形成了不完整的熔接和不連續的氧化物夾渣。 2.4咬邊 由于鎳基合金焊縫金屬流動性差，采用輕微的擺動技術，可獲得要求的熔深。但在擺動到每一側極限位置時，如果停留時間過短，沒有留出足夠時間讓熔化的焊縫金屬填滿，就會造成咬邊現象。 3、焊接工藝要點 3.1焊接方法選擇 鎳基合金焊接優先選用焊條電弧焊、鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊，對于厚度較大的板材對接也可以采用埋弧自動焊。 3.2焊接材料的選用 同種鎳基合金的焊接宜選用與母材合金系統相同的焊接材料，異種接頭選擇焊接材料時應考慮母材金屬線膨脹系數的差異，焊縫金屬的強度、耐蝕性及焊接時裂紋、氣孔的敏感性。常用鎳基合金焊接材料的選用見表1。 表1 常用鎳基合金焊接材料 3.3坡口型式及尺寸 附圖 坡口型式及尺寸示意圖 由于鎳基合金焊縫金屬流動性差、熔深淺，若用增大焊接電流的辦法來增加熔深，反而會增大熱裂紋敏感性，使焊縫金屬中脫氧劑蒸發，產生氣孔。 為保證熔透，應選用較大的坡口角度和較小的鈍邊。同時適當采用擺動焊接，擺動距離不超過焊條或焊絲直徑的3倍，擺動到坡口兩側時稍加停留，使之熔合良好。坡口型式及尺寸如附圖所示。 3.4焊前清理及焊材的烘干 坡口及其兩側的清潔度是成功焊接鎳基合金的重要條件之一。凡是能和鎳形成低熔點共晶物的元素都會增加熱裂紋傾向，這些元素通常存在于油脂、油漆、標記用的墨水、著色探傷材料等中。因此焊前應將坡口及其兩側30～50mm范圍內，采用磨削加丙酮等清洗劑進行清理。 焊條使用前應320～350℃×1h進行烘干，烘干后應儲存在100℃的恒溫箱內，若焊工領出時間超過4小時，需重新烘干，但重復烘干次數不得超過2次。 3.5焊接工藝參數的控制 由于鎳基合金導熱性差，如果焊接電流過大、電弧電壓過高、焊接速度慢及層間溫度過高，都會使接頭過熱，增加熱裂紋傾向。因此在保證熔合良好的情況下，盡量選用較小的熱輸入量、較低的電弧電壓和較快的焊接速度，同時應嚴格控制層間溫度在100℃以下，收弧填滿弧坑，避免產生熱裂紋及弧坑裂紋。 焊條電弧焊及鎢極氬弧焊推薦的焊接工藝參數見表2，采用鎢極氬弧焊時焊槍氬氣流量為10～14L/min，管內氬氣流量為8～10L/min。 表2 焊條電弧焊及鎢極氬弧焊推薦焊接工藝參數 3.6預熱和熱處理 鎳基合金焊接時一般不需要預熱，但當母材溫度低于15℃時，應對坡口兩側250～300mm區域內加熱至15～20℃，以免濕氣冷凝，導致氣孔產生。鎳基合金一般不推薦焊后熱處理。 4、結束語 通過上述分析，鎳基合金焊接時應注意以下幾方面： ①焊件清理干凈與否是獲得成功焊接的前提條件； ②選用較小的線能量，同時嚴格控制層間溫度； ③選用較大的坡口角度和較小的鈍邊； ④一般情況下不作預熱和焊后熱處理。 施工時只有嚴格按照已定工藝規范操作并加強監督管理，才能保證鎳基合金焊接接頭的質量。 |
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