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镍和镍合金焊接工艺与性能分析
发表于:2020-01-19 18:55:07

 由于航天、核能、化学等工业的高速发展,使具有耐热抗蚀的镍和镍基合金的应用与日俱增,现将一些钢种列于表,采用的焊接工艺是GTAW和GTAW+SMAW的组合焊。由于Incoloy800常伴随HK-40在炉管中应用,所以在表中作了介绍,本节只介绍其焊接实例一个。焊接镍和镍基合金就像焊接奥氏体不锈钢一样容易,但是它们与奥氏体钢相比热裂纹倾向更大、产生气孔的概率更高、铁水更黏、流动性和浸润性更差。焊接镍基合金比焊接普通管需要更好地防止大气污染,所以保护气、焊剂成分和焊接技术会略有不同。为了防止能降低耐蚀性的碳化物沉淀析出,必须采用低线能量的焊接工艺。例如,气焊和埋弧焊工艺能导致碳或硅或两者的干扰,降低耐蚀性和延展性。

   

 焊接镍合金出现热裂现象的原因及预防措施:合金组元复杂,溶解度有限的元素与镍或铁作用,在晶界形成低熔点物质,如Ni-Si、NiAI、FeNb等。尤其是合金对于硫、磷、铅等杂质更为敏感,容易形成低熔点共晶物,如NiS、NiP、FeS、FeP的共晶温度分别为645℃、880℃、980℃和1050℃,比镍铁的熔点要低得多。在合金凝固时,低熔点金属或化合物的液体膜就残留在晶界区,由于应力的作用而发生开裂。试验证明磷含量大于0.011%时,热裂纹与磷含量的增加成直线上升。所以必须严格限制硫、磷杂质的含量。合金的物理特性有助于产生热裂纹。单相奥氏体结晶树枝状方向性强,促使低熔点共晶物聚集而形成偏析。线胀系数大,随焊缝的凝固和冷却而产生较大的应力和变形。热导率小,导热性差,容易造成过热使晶粒长大。这都能助长热裂纹产生,尤其在厚工件中更是如此。合金的成分决定了合金的凝固温度区间的大小和固相线的高低。镍基合金的熔点范围比较小,且固相线温度较高,这对预防热裂纹是有利的。只要严格限制线能量和层间温度,正确选择接头设计和焊接顺序使应力减至最小,热裂纹是可以避免的。

  

 冷作使刚性和热裂的机会增加,应确保合金不被严重冷作。焊前应将冷作层磨掉,包括剪切变形部分。为防止弧坑裂纹,熄弧时一定要将弧坑填满或将弧坑引出至熄弧板上。气孔的产生及预防镍和镍合金从液相冷凝为固相的温度的区间小,液体黏度大,气体逸出的时间短,阻力大,所以产生气孔的概率高。气孔主要有水、氢和一氧化碳气孔,而以水气孔为主。氢气孔只有在大量氢气溶于熔池时才能产生。如工件油污未清除、焊条有潮气时,使大量氢气溶入熔池而形成气孔。由于镍在液态和固态时氢的溶解度较高(是奥氏体钢的2倍、碳钢的3倍),正常焊接时,氢气孔比碳钢少得多。一氧化碳气孔是由于熔池中的氧和金属中的碳化合而成。由于金属中含碳较少,碳被氧化的也很有限,因而形成一氧化碳气孔的机会也就很少。