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|“不同但不难”--浅谈镍合金焊接的特点

 

“不同但不难”--浅谈镍合金焊接的特点


所谓镍合金材料是指合金中镍的含量超过30%以上的材料,这一类材料通常是用在要求具有较高机械强度,或需要对高温或强腐蚀环境具有较强抗力的工程项目中。
目前已为国人所熟悉的这一类材料有Monel(镍铜合金)Inconel(镍铬合金)和INCOLOY(镍铁铬合金),而这些材料又往往需要在众多的工程项目中被焊接起来。尽管目前在国内碳钢和不锈钢焊接已经被广泛的应用,但是不少这二个领域中的焊接好手,对镍合金的焊接还是感到陌生,这篇短文试图以碳钢焊接作为基础来比较这二种方法之间的联系和差异:
 
“不同但不难”
高镍合金的焊接和碳钢的焊接是不同的二种焊接方法,但绝不像有某些误导,把镍合金焊接描绘得高不可攀,并且只要遵行以下四个要素则镍合金焊绝对不是一种困难的焊接方法:
一、被焊接材料表面的高度清洁:
在焊接区表面的清洁工作要做的十分彻底,其主要作用是防止表面的氧化和避免脆化的元素混杂其中。
① 防止表面氧化
铁的氧化物的熔点和一般铁本身的熔点十分接近,如
铁的熔点                                                             1537℃
氧化亚铁(FeO)的熔点                                  1420℃(低于铁熔点)
氧化铁(Fe2O3)的熔点                                    1565℃(和铁熔点基本一致)
但是镍和镍的氧化物的熔点就相差十分悬殊,如
       镍的熔点                                                             1446℃
       氧化镍(NiO)                                                  2090℃(比镍的熔点高约45%)
由于镍的氧化物的熔点差不多比镍本身的熔点高了45%——就是说当镍熔化的时候,氧化镍还远远没有达到它的熔点。所以,在表面清洁的时候没有彻底清除被氧化的镍,则这些掺杂在熔池中的氧化镍就会形成挟渣(图一)

 
去除氧化物最彻底的方法是打磨,亦可以在表面作喷砂或喷丸的处理,或者进行酸洗。注意用钢丝刷只能权充初期的清洁处理,更彻底的表面处理只能使用上面提到的三种方法。
② 在做Mig焊和Tig的焊的时候还要注意以下这些防止氧化的措施:
–        在做Mig焊时允许使用滞后的保护气流,(即断弧后需要继续输入保护气流,并保持一段时间)。
–        在重新起弧前剪去焊丝的末端以免将残留在末端上的氧化物再带入熔池。
–        在使用Tig焊的时可采用双倍风冷或者带水冷却的焊枪以降低焊枪的温度。
还要采用气聚焦装置和较大的气罩以便把熔池最大限度的屏蔽在保护气流之中;并要始终把焊丝的热端留在熔池中。
③ 防止会引起脆化的元素进入熔池:
–        会引起脆化的元素为硫(S)铅(Pb)磷(P)和锌(Zn)
–        这些元素可能会出现在:
* 油漆和标记色中
* 测温计的探头上
* 机械加工时所残留的油脂中
* 空气压缩机或者其他机械产生的油烟
* 车间里漂浮的粉尘
* 铅质或铜质槌子敲打母材时所残留在表面的细微颗粒

       (图二所示为由于硫的脆化作用在管子环缝焊二侧所产生的裂缝)
 
二、第二个和碳钢不同的特点是镍合金焊材所形成的熔池十分粘稠:
–        熟悉碳钢或不锈钢焊接的焊工在发现这种情形时的第一反应是去增加电流……这样做的直接后果是会形成熔池的温度过高,其后果会使未来的焊缝中出现气孔,同时过热的温度会使焊材中一些进行补偿性元素和配方意外的被蒸发或气化,造成焊缝出现的缺陷。(见图三)

 
(图三)
–        采用的手工电弧焊时,我们的建议是采用轻微的摆动焊把来搅动熔池,但是搅动的幅度不要超过焊条直径的3倍。
–        另外需要留意焊把在焊缝坡口处的短暂停留,以防焊道被”咬边”(图四)或出现焊渣被掺杂的情况(图五)。
(图四)

(图五)
 
三、第三个和碳钢或不锈钢焊接不同的地方是镍合金焊材只能形成浅熔深,这些熔融的镍合金材料在熔池表面向四周辐射的特性称为“马拉贡尼效应”。(图六)
(图六)

 
–        我们必须接受浅熔深的这样一个事实,所以焊工不要在焊接过程中采用任何校正方法来改变这种浅熔深。
–        唯一可行的方法是修改传统的坡口形式:
* 增大坡口角度:从常规的45°左右增大到80°— 90°
* 底部开口距离大约在2.5mm-3.5mm
* 留根的高度大约是0.5mm-1.5mm(图七)
(图七)
 
四、第四个和碳钢和不锈钢焊接通常形成凹型焊道不同,镍合金焊接的焊道一定要做成凸型焊道(图八)。镍合金焊接出现开裂的绝大部分案例,是由于焊道的形状做成凹型。
(图八)
 
五、其他一些和碳钢和不锈钢不同之处如下:
–        镍合金焊接的过程中温度控制不是关键
–        镍合金焊接本身不需要预热
–        镍合金焊接在焊后不需要应力释放
–        镍合金焊接的冷却温度不是关键
–        但如果对一些需要有硬化要求的合金(precipitation hardened alloy)由于情况比较复杂不能一概而论,具体情况可以和我们的技术人员再进一步商讨
小结:归结前面所讨论的内容,最重要的是把握好镍合金焊接的四大特点:
1)    保持表面清洁
2)    采用摆动技巧
3)    接受浅熔深
4)    焊道必须做成凸型

 
因此,镍合金焊接的碳钢或不锈钢焊接是不同的,但是只要把握其特点,这种焊接也是不难的。
祝你们成功!
 
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