鎳和鎳基合金的焊接方法及步驟解析

時(shí)間：2019-08-24作者：上海墨鉅特殊鋼有限公司瀏覽：320

鎳是重要的有色金屬,純鎳有很高的強(qiáng)度和塑性,它對(duì)許多浸蝕性介質(zhì)均有良好的耐蝕性,對(duì)所有的堿性溶液非常穩(wěn)定,在硝酸中也不容易溶解。因此常用鎳及鎳基合金來(lái)制造石油化工設(shè)備。在核反應(yīng)堆工程中高鎳合金應(yīng)用甚廣,如換熱器等設(shè)備為了避免應(yīng)力腐蝕,目前國(guó)外廣泛采用因康鎳600 或因康洛依800 等材料代替1Cr18Ni9Ti 不銹鋼。因?yàn)殒噷?duì)氧酸有較好的耐蝕性,故在制造濃縮鈾的核燃料擴(kuò)散廠中,也大量應(yīng)用鎳。此外,鎳合金具有耐熱性和熱強(qiáng)性能,所以在航空工業(yè)中也應(yīng)用廣泛。

1 鎳及鎳基合金的焊接特點(diǎn)和要求

1. 1焊前清理

鎳及鎳基合金獲得成功焊接較重要的是清理,焊前要嚴(yán)格將焊接坡口及兩側(cè)15 mm 范圍內(nèi)清理干凈,尤其要去除表面的氧化層。因?yàn)楹附舆^(guò)程中Ni 能與P、S、Pb 、Al 或低熔點(diǎn)的物質(zhì)形成脆化元素。由于氧化物(一般在540 ℃以上形成) 的熔點(diǎn)高(2 040 ℃) 而鎳的熔點(diǎn)低為1 400 ℃,因而易造成未熔合。另外在鎳及鎳基合金焊接中主要有害雜質(zhì)鋅( Zn) 、硫( S) 、碳( C) 、鉍(Bi) 、鉛(Pb) 、鎘( Cd) 等能增加鎳基合金的焊接裂紋傾向;氧、氫、一氧化碳等氣體在熔化的鎳中溶解度較大,而在固態(tài)下溶解度大大減小,溶解度的變化是在熔化焊中引起氣孔的主要原因。1. 2焊接接頭形式

由于鎳及鎳基合金熔焊與鋼相比具有導(dǎo)熱性差,粘性強(qiáng),熔深較淺,焊縫較高,易形成道間和層間熔合不良,為保證熔透,應(yīng)選用較大的坡口角度和較小的鈍邊。同時(shí)焊接時(shí)盡量采取擺動(dòng)焊(擺動(dòng)焊縫寬度不大于焊條直徑的3 倍) ,擺動(dòng)至2 邊稍停頓使之熔合良好。

1. 3工藝參數(shù)的控制

鎳及鎳基合金焊接時(shí)應(yīng)選用較小的焊接線能量并嚴(yán)格控制層間溫度。由于鎳及鎳基合金導(dǎo)熱性差,如果焊接電流過(guò)大,電弧電壓過(guò)高,焊接速度較慢及層間溫度過(guò)高都易使焊接接頭過(guò)熱,產(chǎn)生粗大的晶粒,在粗大的柱狀晶粒邊界上,集中了一些低熔點(diǎn)共晶體,他們的強(qiáng)度低,脆性大,在焊接應(yīng)力的作用下很*形成裂紋。這些低熔點(diǎn)共晶體主要有Ni - S 共晶、Ni - Pb 共晶、Ni - NiO 和Ni - P 共晶等。由此可見(jiàn),焊縫中氧、硫、鉛、磷等雜質(zhì)對(duì)熱裂紋傾向有很大的影響。另外產(chǎn)生粗大晶粒也會(huì)使焊接接頭的機(jī)械性能和耐蝕性能下降。因此在保證熔合良好的情況下盡量選用較小的焊接電流,較低的電弧電壓和較快的焊接速度, 氬弧焊時(shí)焊接電流必須衰減,衰減時(shí)間4～6 秒為好。同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度在150 ℃以下 (必要時(shí)100 ℃以下) ,避免焊接接頭過(guò)熱產(chǎn)生熱裂紋。

1. 4鎳及鎳基合金焊縫表面成形的控制

鎳及鎳基合金焊縫應(yīng)盡量凸起,自然成形,盡量不使焊縫拉平或凹下。由于鎳及鎳基合金焊縫金屬表面張力大,流動(dòng)性差,粘性大不易成形和易產(chǎn)生氧化等因素,自然成形的焊縫一般為凸?fàn)?如果焊縫是平坦或下凹狀就會(huì)由于應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋。因此在單面焊雙面成形時(shí)手弧焊背面較好加墊板,氬弧焊時(shí)除加強(qiáng)對(duì)正面焊縫的氣體保護(hù)外,氬弧焊背面必須加氣體保護(hù)裝置。

1. 5預(yù)熱和焊后熱處理

鎳及鎳基合金焊接一般情況下不需預(yù)熱和熱處理,只是在耐蝕堆焊時(shí)考慮適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和熱處理。

2 常見(jiàn)缺陷產(chǎn)生原因及防止措施

由于鎳基具有單相組織,焊接時(shí)存在與奧氏體不銹鋼相類(lèi)似的問(wèn)題,在焊接時(shí)比較*出現(xiàn)焊縫氣孔,焊接熱裂紋,未熔合,變形量過(guò)大,咬邊等缺陷。在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到且危害較大的是焊縫氣孔和焊接熱裂紋。

2. 1焊縫氣孔

1. 1. 1 焊縫氣孔的產(chǎn)生原因

(1) 氧氣、氫氣、二氧化碳?xì)怏w在熔化的液態(tài)鎳基合金中溶解度較大,而在固態(tài)溶解度大大減小,鎳基合金焊接過(guò)程中從高溫變冷時(shí),氣體在熔敷金屬的溶解度也隨之下降,游離出來(lái)的氣體在流動(dòng)性較差的液態(tài)鎳中不能在鎳基合金焊縫凝固前完全逸出而形成氣孔。

(2) 焊接坡口及其兩側(cè)的油污、水分、灰塵及氧化層清理不干凈。

(3) 焊接電流及電弧電壓較低,焊接速度過(guò)快焊接熱能量低。

(4) 焊槍氣體保護(hù)噴嘴直徑較小,保護(hù)氣體流量過(guò)低,氣體保護(hù)效果不良。

(5) 焊條烘干不良, 烘干溫度計(jì)保溫時(shí)間不夠。

2. 1. 2焊縫氣孔的防止措施

(1) 采用含有脫氧元素或形成氧化物(如鋁和鈦,它們與氧和氮有較強(qiáng)的親和力并形成穩(wěn)定的化合物) 的焊條或焊絲可減少氣孔。

(2) 焊接坡口及其兩側(cè)用**砂輪或不銹鋼絲刷將氧化層清除干凈,并用丙酮和無(wú)水乙醇去除其表面油污、水分、灰塵等有害物質(zhì)。

(3) 選用適宜的焊接電流、電弧電壓和焊接速度即焊接線能量進(jìn)行施焊,使有害氣體在熔敷金屬凝固前充分逸出。

(4) 選用直徑較大的焊槍氣體保護(hù)噴嘴使其對(duì)熔敷金屬有足夠的氣體保護(hù)面積,并選用適當(dāng)?shù)臍怏w保護(hù)流量,使其具有良好的氣體保護(hù)效果, 防止空氣中的氫、氧、氮等有害氣體侵入熔池金屬中。

(5) 嚴(yán)格按規(guī)定的烘干溫度和保溫時(shí)間對(duì)所使用的焊條進(jìn)行烘干,使用時(shí)將焊條放置在保溫筒中。

2. 2焊接熱裂紋

2. 2. 1 焊接熱裂紋的產(chǎn)生原因

(1) 焊縫熱脆性是由于硫、鉛、磷或低熔點(diǎn)共晶體混入,它們形成晶間薄膜引起高溫下的嚴(yán)重脆化,焊縫金屬的熱裂紋一般是由于低熔點(diǎn)夾雜物從表面沿晶間滲透而引起的。

(2) 焊接坡口及其兩側(cè)的污物清理不干凈其油污中的硫常常引起鎳基合金焊縫產(chǎn)生熱裂紋。

(3) 焊縫表面凸凹不平引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。

(4) 收弧時(shí)沒(méi)有填滿弧坑和電流衰減時(shí)間較短,收弧處熔敷金屬量少出現(xiàn)弧坑其強(qiáng)度比較薄弱,在相變應(yīng)力和拘束應(yīng)力的作用下產(chǎn)生收弧處微裂紋。

(5) 焊接電流過(guò)大,焊接速度較慢,焊接線能量較大,層間溫度過(guò)高使焊接接頭過(guò)熱產(chǎn)生粗大晶粒,在粗大晶粒邊界上集中了一些低熔點(diǎn)共晶體他們的強(qiáng)度低脆性大,在焊接應(yīng)力的作用下很*形成熱裂紋。

2. 2. 2 焊接熱裂紋的防止措施

(1) 選用硫、磷含量較低的鎳基合金焊材以防止熔敷金屬中低熔點(diǎn)夾雜物的產(chǎn)生。

(2) 焊接坡口及其兩側(cè)的污物及氧化層必須清理干凈,防止硫、鉛、磷或低熔點(diǎn)雜質(zhì)混入熔敷金屬中。

(3) 焊縫表面應(yīng)均勻平整。無(wú)局部凸凹不平存在,以防止由于局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。鎳基合金焊縫成形以均勻凸起的自然成形為好。

(4) 收弧時(shí)必須采取多次填弧坑的方法將弧坑均勻填滿。氬弧焊收弧時(shí)電流衰減時(shí)間要長(zhǎng), 并電流衰減至較小程度,使收弧處無(wú)任何凹陷存在。

(5) 選用的焊接電流、電弧電壓和焊接速度必須適當(dāng),即在保證熔合良好的情況下盡量選用較小的焊接線能量和較低的層間溫度,以防止焊縫及熱影響區(qū)過(guò)熱而產(chǎn)生熱裂紋。


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