镍基合金焊接工艺的分析及研究
杨旭,袁凤飞
贵州航天乌江机电设备有限责任公司 贵州遵义 563000
摘要：近些年以来，伴随着我国工业生产水平的不断提升，生产技术能力也越来越强大，其中在镍基合金焊接过程中，就出现了越来越多高效化焊接工艺，有效促进了镍基合金焊接效率与效果的提升，保障了镍基合金应有价值与作用的充分发挥。本文就分析了镍基合金焊接过程中的常见问题与防治措施，包括焊接热裂纹产生与防治措施、气孔产生与防治措施、夹渣形成与防治措施，而后提出了手工电弧焊焊接操作技术要点，希望能够借此为镍基合金焊接工作提供更多可靠的参考依据。
关键词：镍基合金;焊接工艺;常见问题;防治措施;技术要点
现阶段，在工业生产实践过程中，镍基合金得到了越来越广泛的应用，因此有关镍基合金的焊接工艺研究也受到了更多关注与重视。镍基合金有着优秀的耐腐蚀性、较高的耐热性比、特殊的电磁与热膨胀性能、良好的力学性能等优势。特别是在高于800℃的高温状态下依旧可以保持良好热强度与热稳定性。所以镍基合金能够在高温氧化气氛或者燃气条件下保持长期良好的工作状态，现如今，镍基合金已经被广泛应用到了燃气锅炉、核反应堆予热器以及喷气发动机等多项制造工业当中，因此必须要深入研究与分析镍基合金在焊接过程中的常见问题、防治措施以及具体焊接工艺。
一、镍基合金焊接常见问题与防治措施分析
(一)焊接热裂纹产生与防治措施
第一，产生原因。在镍基合金焊接期间，有着较高焊接热裂纹敏感度，容易在弧坑部位发生较大裂纹，晶间腋膜属于引起单相组织裂纹凝固的最根本冶金因素。内部存在不均匀的成分或者没有清洗干净，有C、Ni、P、S等多种元素在熔池当中生成熔点较低的共晶，结晶期间杂质偏析较为严重，焊接规范操作不当以及较大热输入都会引发裂纹。裂纹致使结构强度明显降低，甚至可能引发结构整体性破坏，所以不允许出现或存在裂纹;第二，防治措施。首先，在焊接期间选择小电炉快速焊接方式，将弧坑填满，针对厚度在6mm以上的焊件，还应当开展多层多道焊接工作，将环境温度始终控制到5℃以上，清洗干净焊接缝两侧存在污物，必须避免S、P一类有害元素混入其中，尤其需要针对含有铅元素或者硫元素的部分污物，必须及时彻底的清除。其次，提升锰元素含量可以扩大部分有害元素溶解度，所以提升焊接材料当中的锰元素含量以及材料本身纯度，对于减少或者抑制焊接条和焊剂当中的有害物质是十分有效的[1]。
(二)气孔产生与防治措施
第一，产生原因。镍基合金固液相温度间距较小，流动性不足，当焊接快速冷却凝固时，十分容易发生焊缝气孔。影响气孔形成的主要因素就是氧、镍和其他合金元素的具体含量，液态金属当中可能溶解较多氧气，而氧气处于高温环境下和镍十分容易出现氧化反应，从而让液体金属当中的氢气与碳元素发生反应，生成水与CO，当熔池凝固时，如果没有及时逸出，就会残留到焊缝当中生成气孔;第二，防治措施。首先，镍基合金的工作区域应当远离碳钢工作区域，降低焊材水分含量，采取正确焊接规范;其次，保护好气体流量，优选适宜喷嘴、保护气体纯度、焊件距离、输气带等，使用挡风布将附近施工现场围住，避免外部因素干扰出现杂质污物，这些都可以防治焊接气孔。
(三)夹渣形成与防治措施
第一，形成原因。由于镍基合金有着较大密度，熔融金属当中具有较高含镍量，流动性与渗透力不足，焊条熔焊过程中受到电阻热影响，连续焊接之后半截焊条药皮都会处于红热或者半熔化状态下，导致其失去原有的电弧吹力与保护功能，熔合不够均匀，熔融金属被直接堆积到焊缝当中进而出现夹渣;第二，防治措施[2]。选择合理焊接规范，在焊接期间应用断弧焊接方式，遇到多层多道焊时，将层间焊渣及时清理干净，将熔融金属运送至坡口适宜位置，这些措施都能够避免夹渣形成。
二、手工电弧焊焊接操作技术要点分析
第一，因为镍基合金有着较高电阻率，焊接过程中会产生较大电阻热，药皮容易发生开裂或发红的情况，因此相同直径的焊条相较于低碳钢焊条往往需要降低20%左右的焊接电流，否则在焊接时因为药皮快速开裂发红就会失去应有的保护作用，进而导致焊接缺陷的出现;第二，在焊接过程中，焊条应当做小范围横向摆动，选择小电流快速焊接方式，一次焊接形成的焊缝一般不能过宽，多层焊接时，层间应当将熔渣彻底清除，层间温度需要控制在60℃以下，严禁随意在焊件上引弧，避免对焊件表面造成不必要的损伤，影响其耐腐蚀性能。从仰焊部位开始焊接至下45°时采取连弧焊方式，从下45°到上45°之间选择断弧焊方式，从上45°到接头部位选择连弧焊方式。断弧焊应当确保引弧与断弧干净，确保溶滴和母材之间能够良好的熔合。镍基合金在焊接过程中的熔池一般有着较大粘度、较慢凝结性以与导热性，断弧频率应当结合熔池温度变化来确定。连弧焊过程中，焊条采取Z字型匀速摆动方式，让坡口两侧熔合，在焊条处于坡口一侧将坡口边缘部位熔合之后，需要稍作前行，让熔池能够前移，这样反复运作后便可形成连弧;第三，因为镍基合金在焊接过程中熔池缺少良好的流动性，为避免发生未熔合、夹渣或者气孔等问题，在焊接期间需要适当摆动焊条，将融化金属完全运送到坡口适合位置处，同时保持好角度。在垂直点进行仰焊时，焊条角度需要前倾80°左右，将电弧压低，摆动焊条，让溶滴可以顺利抵达焊接部位，如果溶滴没有到位，则会出现成形质量差等缺陷。在垂直点焊接至下45°时，焊条角度将变成后倾80°，一直到上45°时，将焊条角度重新变回垂直。焊接接头过程中需要主要采取反向引弧方式，这样更有助于焊接接头部位的焊缝平滑，同时对气孔的出现加以抑制[3]。
结束语
综上所述，深入分析与研究镍基合金焊接工艺，能够大大提升焊接水平，减少不必要的资源浪费，提高镍基合金效益。
参考文献：
[1]伍道亮,张辉,陈学雷,师金凤.镍基合金复合厚壁管的FCAW焊接工艺研究[J].金属加工(热加工),2023(01):38-41.
[2]岳考捷,贾晨,王云嵩,牛方勇,马广义,吴东江.镍基合金薄板激光焊接研究进展[J].光电工程,2022,49(12):26-44.
[3]王玮,闫栋,刘向前,蒋鹏,付文,李彦默.镍基高温合金的扩散焊接研究进展[J].材料开发与应用,2022,37(05):77-85.
下一篇：不锈钢储罐焊接技术
