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镍基耐蚀合金的焊接工艺研究
[ 编辑:admin | 时间:2016-06-17 04:50:50 | 浏览:1388次 | 来源: | 作者: ]
 对镍基合金焊接中常出现问题的原因分析,指出了制定焊接工艺规范时应注意的问题,只有严格按照已定工艺规范进行操作,才能保证镍基合金的焊接质量。
摘要:本文通过对镍基合金焊接中常出现问题的原因分析,指出了制定焊接工艺规范时应注意的问题,只有严格按照已定工艺规范进行操作,才能保证镍基合金的焊接质量。
 
关键词:镍基合金;共晶物;焊接
 
1引言
    镍质量分数在30%以上的合金通称为镍基耐蚀合金,如奥氏体不锈钢一样,镍基耐蚀合金显微组织是单相奥氏体,固态下没有相变,母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化。它具有独特的物理、化学和耐蚀性能,在200~1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀,同时还具有良好的高温和低温力学性能,在石油化工、核工业、航空航天中得到广泛应用。
   常用的镍基耐蚀合金可分为4大系列:①Ni-Cu系 以Ni、Cu为主元素,称为蒙乃尔(Monel)合金,以4000系列数字表示;②Ni-Cr-Fe系 以Ni为主元素且Cr比Fe多,称为因康镍(Inconel)合金,以6000系列数字表示;③Ni-Fe-Cr系 Ni含量小于50%且且Fe比多Cr,称为因康洛依(Incoloy)合金,以8000系列数字表示;④Ni-Mo或Ni-Mo-Cr系以Ni为主元素且Mo含量较高,称为哈斯特洛依(Hastelloy)合金。

2镍基合金焊接过程中常出现的问题
2.1热裂纹
    镍基合金焊接时易产生焊缝的宏观裂纹(凝固裂纹)及微观裂纹(多边化裂纹)或二者同时存在的热裂纹。
 
    晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体焊缝凝固裂纹的最主要冶金因素。镍基合金焊接时,由于S、Si等杂质元素在焊缝金属中偏析,形成低熔点共晶物(Ni-NiS,645℃)。焊缝金属结晶时低熔点共晶物的液态膜残留在晶界区,由于镍基合金线膨胀系数大,焊接时产生较大的拉应力,结晶时液态膜在收缩应力作用下易产生开裂。[1]
     镍基合金焊缝金属组织为单相奥氏体,纯金属与单相合金焊缝多边化晶界的形成和发展,是镍基合金焊缝出现多边化裂纹的主要原因。为提高单相奥氏体合金焊缝金属抗热裂纹的能力,在焊材中加入固溶强化的Mo、W、Mn、Ta、Cr及Nb等元素,可有效抑制镍基合金焊缝多边化晶界的形成和发展。
2.2气孔
    镍基合金的熔化区间在1287~1446℃,固液相温度间距小,熔敷金属很黏,流动性较差。在快速冷却结晶条件下,气体来不及逸出在焊缝中产生气孔。
2.3夹渣
    纯镍及镍合金的氧化物与钢不同,如纯铁的熔点为1538℃,FeO为1420℃,Fe3O2为1565℃,因此钢焊接时氧化物和基体金属几乎一起熔化。但镍和镍的氧化物熔点相差很悬殊,如纯镍的熔点为1446℃,NiO为2090℃,由此可看出,镍合金的氧化物在焊接时以固体形式保留,结果形成了不完整的熔接和不连续的氧化物夹渣。
2.4咬边
    由于镍基合金焊缝金属流动性差,采用轻微的摆动技术,可获得要求的熔深。但在摆动到每一侧极限位置时,如果停留时间过短,没有留出足够时间让熔化的焊缝金属填满,就会造成咬边现象。

3焊接工艺要点
3.1焊接方法选择
    镍基合金焊接优先选用焊条电弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊,对于厚度较大的板材对接也可以采用埋弧自动焊。
 
3.2焊接材料的选用
    同种镍基合金的焊接宜选用与母材合金系统相同的焊接材料,异种接头选择焊接材料时应考虑母材金属线膨胀系数的差异,焊缝金属的强度、耐蚀性及焊接时裂纹、气孔的敏感性。常用镍基合金焊接材料的选用见表1。
表1 常用镍基合金焊接材料
母材
焊条牌号
TIG、MIG
焊丝牌号
SAW
焊丝牌号          焊剂
蒙乃尔400
蒙乃尔190
因康镍112
蒙乃尔60
因康镍625
 蒙乃尔60        5号焊剂
因康镍600
因康镍182
因康镍82
 因康镍82        4号焊剂
因康镍625
因康镍112
因康镍625
 因康镍625       4号焊剂
因康洛依800
因康镍182
因康镍82
 因康镍82        4号焊剂
因康洛依825
因康镍112
因康镍625
 因康镍625       4号焊剂
哈斯特洛依C-276
哈斯特洛依C-276
哈斯特洛依C-276
 —              —
 
3.3坡口型式及尺寸
     由于镍基合金焊缝金属流动性差、熔深浅,若用增大焊接电流的办法来增加熔深,反而会增大热裂纹敏感性,使焊缝金属中脱氧剂蒸发,产生气孔。为保证熔透,应选用较大的坡口角度和较小的钝边。同时适当采用摆动焊接,摆动距离不超过焊条或焊丝直径的3倍,摆动到坡口两侧时稍加停留,使之熔合良好。坡口型式及尺寸如附图所示。

附图 坡口形式及尺寸示意图
 
30~50mm范围内,采用磨削加丙酮等清洗剂进行清理。
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