2022年安寧市焊工證培訓-技能培訓：鎳及鎳合金的焊接

[日期：2022-05-27] 來源：云南技能考試網作者：云南技能考試網閱讀：830次

鎳及鎳合金的焊接

（一）常用鎳及鎳合金及其分類

鎳及鎳合金具有特殊的物理力學及耐腐蝕性能，鎳基耐蝕合金在200-1090℃范圍內能耐各種腐蝕介質的侵蝕，同時具有良好的高溫和低溫力學性能，尤其在一些苛刻腐蝕條件下是一般不銹鋼所無法取代的優(yōu)良材料。在鎳中添加鉻、銅、鐵、鉬、鋁、鈦、鈮、鎢等元素后，通過固溶強化，不但可以改善純鎳的力學性能，而且可適應于各種腐蝕介質下侵蝕，并使之具有優(yōu)良的耐腐蝕性。

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鎳基耐腐蝕合金根據其合金元素的含量和所占比例進行分類和命名，如Ni-Cu合金稱為蒙乃爾合金；Ni-Cu-Fe合金中鎳含量占優(yōu)勢，稱因康鎳合金，若鐵含量高則稱因康洛依合金；對于鉬含量較高的Ni-Cu-Mo合金則多數(shù)稱哈斯特洛依合金，也稱海氏合金或哈氏合金。

（二）鎳及鎳合金的焊接特點

1.焊接熱裂紋

由于鎳基合金為單相奧氏體組織，所欲與不銹鋼相比，具有高的焊接熱裂紋敏感性，特別是焊縫易產生多邊化晶間裂紋。這種裂紋為微裂紋，焊后對焊縫進行著色檢查時，短時間一般發(fā)現(xiàn)不了，但經過一段時間后，才會顯露出來。

2.限制熱輸入

采用高熱輸入焊接鎳基耐蝕合金可能產生不利的影響。在熱影響區(qū)產生一定程度的退火和晶粒長大，高熱輸入可能產生過度的偏析、碳化物的沉淀或其他有害的冶金現(xiàn)象，易引起熱裂紋或降低耐蝕性。如果熱輸入過小，會加速焊縫的凝固結晶速度，更易形成多邊晶界，在一定應力下有助于多邊化裂紋的產生。

3.耐蝕性能

對于大多數(shù)鎳及耐蝕合金，焊后對耐蝕性能并沒有多大影響。通常選擇填充材料的化學成分與母材接近。但有些鎳基合金焊接加熱后對靠近焊縫的熱影響區(qū)產生有害影響，如Ni-Mo合金通過焊后退火處理來恢復熱影響區(qū)的耐蝕性，而對于大多數(shù)鎳基合金不需要通過焊后熱處理來恢復耐蝕性。

4.工藝特性

1）鎳及鎳基合金液態(tài)焊縫金屬流動性差，不像鋼焊縫金屬那樣容易潤濕展開。由于需要控制接頭的焊縫金屬，鎳基耐蝕合金接頭形式與鋼不同，接頭的坡口角度更大，以便使用擺動工藝。

2）焊縫金屬熔深淺，同樣不能通過增大焊接電流來增加熔深，如果電流過大可能引起裂紋和氣孔，因此接頭鈍邊的厚度要薄一些。

3）鎳基耐蝕合金一般不需要焊前預熱，但當母材溫度低于15℃時，應對接頭兩側加熱到15-20℃。一般不推薦焊后處理。

（三）焊接方法的選用

鎳基鎳合金適用的焊接方法有：焊條電弧焊、鎢極氣體保護焊、熔化極氣體保護焊、埋弧焊和等離子弧焊。

（四）焊接材料

鎳及鎳合金焊材的選用原則是應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規(guī)定的限值，當需要時，其耐蝕性能不應低于母材的相應要求，或力學性能和耐蝕性能滿足設計文件規(guī)定的技術條件。焊條或焊絲熔敷金屬化學成分應與母材相近。為了控制焊接氣孔和熱裂紋，在焊接材料中一般加入合金元素如鈦、錳和鈮。

1.焊接鎳及鎳合金時焊條的選用

鎳及鎳合金焊條主要用于焊接工業(yè)純鎳及高鎳合金，也可用于異種金屬的焊接及堆焊。鎳及鎳合金焊接時焊條的選用，主要是根據母材的合金類別來選用相應合金成分的焊條�？梢哉{整化學成分以滿足焊接性能的要求，如通過添加合金控制氣孔，增加抗熱裂紋的能力或改善力學性能;當抗裂性要求高時宜選用含有較高鉬、鎢的鎳鉻鉬焊條，如ENi6002。鎳及鎳合金焊條執(zhí)行GB/T13814—2008《鎳及鎳合金焊條》，焊條的具體選用見第二章第二節(jié)。

2.鎳基耐蝕合金埋弧焊焊劑及焊絲的選用

可以使用埋弧焊焊接某些固溶鎳基耐蝕合金，不推薦使用埋弧焊焊接厚板鎳-鉬合金，因為焊接高的熱輸入和低的冷卻速度使焊縫延性降低，并且由于焊劑反應引起成分的變化，使耐蝕性能降低。

鎳基耐蝕合金焊接時，有類似奧氏體不銹鋼焊接時所發(fā)生的問題，如熱裂紋、氣孔和接頭晶間腐蝕等，焊接材料的選用應嚴格控制硅、硫和磷的含量。

（1）焊劑的選用焊接碳鋼和不銹鋼用埋弧焊劑，一般不宜用于焊接鎳基耐蝕合金，鎳基耐蝕合金埋弧焊用焊劑還要往焊縫中添加重要的合金元素。因此，焊劑與焊絲的共同作用應與母材相匹配。

（2）焊絲的選用選用焊絲應與母材成分相匹配，焊絲成分大多與母材相當，為補償某些重要合金元素的燒損以及控制焊接氣孔和熱裂紋，通過焊劑還要添加部分合金。

鎳及鎳合金焊絲執(zhí)行 GB/T15620—2008《鎳及鎳合金焊絲》，焊絲的具體選用見第二章第二節(jié)。

3.鎳基耐蝕合金氣體保護焊焊接材料的選用

（1）TG焊焊接材料的選用 TIG焊已廣泛應用于鎳基耐蝕合金的焊接及異種鎳基合金和鎳基合金對Cu-Ni、銅或鋼的焊接。特別適用于薄件、小截面工件和焊后不允許有殘留熔渣的結構件的焊接。焊接時一般采用直流反接、高頻引弧、電流衰減收弧等技術。

保護氣體一般選用氬氣、氦氣或氬氣和氦氣混合氣體。單道焊時可采用Ar+H₂5%，有助于消除純鎳焊縫中的氣孔。當不加填充焊絲焊接薄件時，用氦氣進行保護比氬氣具有導熱大、向熔池輸入熱量多、焊速快的優(yōu)點;但當使用電流小于60A時，宜用氬氣進行保護，此時若用氦氣則電弧穩(wěn)定性較差。氬和氦的純度應不小于99.95%。

焊絲的選用一般來說應與母材對應。焊絲的成分一般略高于母材，以補充焊接過程中合金元素的燒損，并利于控制焊縫中氣孔和裂紋的產生。鎢極則宜選用鈰鎢極。

（2）MIG焊焊接材料的選用鎳基耐蝕合金可采用MIG焊。用來焊接固溶強化鎳基耐蝕合金，很少用來焊接沉淀硬化耐蝕合金，一般采用氬氣或氬氣和氦氣混合氣體進行保護。由于熔滴過渡形式不同，形成最佳保護的氣體也不同。噴射或顆粒狀過渡形式時，宜采用純氬進行保護;短路過渡時宜用 Ar+He（50∶50）混合氣體保護;脈沖電弧過渡時宜用Ar+He（15%～20%）進行保護，可獲得最佳保護效果。

焊絲的選用基本上與TIG焊相同，即焊絲成分與被焊母材的成分相匹配。焊絲直徑的選用主要取決于熔滴過渡形式和母材厚度，對于噴射過渡宜選用φ0.8～φ1.6mm的焊絲，短路過渡一般選用φ1.2mm或更細的焊絲。

（五）焊接工藝措施

（1）坡口和清理。

1、鎳及鎳合金焊接坡口與鋼相比，其特點是坡口角度大，根部間隙大，且鈍邊高度小�？刹捎脵C加工和等離子弧切割加工坡口，但不能使用氧乙炔切割。

2、單面焊接頭，可采取背面放置成形襯墊、背面通保護氣體等措施，保證背面焊透和防止氧化。

3、在任何形式的加熱之前，對焊絲、坡口、襯墊、坡口兩側母材表面及與接頭接觸的刷子、鑿子等工具進行清理。要求表面無異物。

（2）施焊

1、清理合格的鎳及鎳合金工件及焊絲應在專用潔凈環(huán)境內施焊。

2、焊條電弧焊應選擇最佳焊接電流范圍，嚴格控制焊接參數(shù)，保持盡量短的電弧長度。

3、鎢極氣體保護焊時，在焊縫金屬中填充金屬量應占一半以上，熔化極氣體保護焊推薦選用直流恒壓電源。埋弧焊應注意防止焊縫金屬耐腐蝕性能和塑性降低，不推薦使用理弧焊焊接厚板鎳鉬合金。

4、焊前一般不要求預熱，但應去除濕氣，在焊接區(qū)周圍加熱到16℃左右。施焊時限制熱輸人，如采用窄焊道、焊后急冷等，急冷使用的冷卻水應清潔，控制道間溫度不大子150℃。

5、氣體保護焊時注意焊縫背面及高溫區(qū)的保護，液態(tài)焊縫金屬流動性差，不容易潤濕展開，應采取各種工藝措施使液態(tài)焊縫金屬布滿坡口，確保熔合和焊透。