镍基合金焊条焊接注意事项(镍基焊条焊接方法)

Ni基材料的焊接问题

由于镍及镍基合金具有独特的物理、化学和耐蚀性能，同时又具有良好的高温和低温力学性能，因此镍及镍基合金在化学、石油、航天、航海和原子能等许多领域得到了广泛的应用。着重阐述了镍及镍基合金的焊接特点及其在焊接中常见缺陷的产生原因和防止措施。

引 言

镍是重要的有色金属，纯镍有很高的强度和塑性，它对许多浸蚀性介质均有良好的耐蚀性，对所有的碱性溶液非常稳定，在硝酸中也不容易溶解。因此常用镍及镍基合金来制造石油化工设备。在核反应堆工程中高镍合金应用甚广，如换热器等设备为了避免应力腐蚀，目前国外广泛采用因康镍600或因康洛依800等材料代替1Crl8Ni9Ti不锈钢。因为镍对氧酸有较好的耐蚀性，故在制造浓缩铀的核燃料扩散厂中，也大量应用镍。此外，镍合金具有耐热性和热强性能，所以在航空工业中也应用广泛。

1 化学成分和机械性能

常用镍基合金的化学成分见表1。

2 镍及镍基合金的焊接特点和要求

2．1 焊前清理

镍及镍基合金获得成功焊接最重要的是清理，焊前要严格将焊接坡口及两侧15mm范围内清理干净，尤其要去除表面的氧化层。因为焊接过程中Ni能与P、S、Pb、AI或低熔点的物质形成脆化元素。由于氧化物(一般在540℃以上形成)的熔点高(2 040 ℃)而镍的熔点低为1 400 ℃，因而易造成未熔合。另外在镍及镍基合金焊接中的主要有害杂质锌(Zn )、硫(S)、碳(C)、铋(Bi)、铅(Pb)、镉(Cd)等能增加镍基合金的焊接裂纹倾向；氧、氢、一氧化碳等气体在熔化的镍中溶解度极大，而在固态下溶解度大大减小，溶解度的变化是在熔化焊中引起气孔的主要原因。见表1~表2。　

2．2 焊接接头形式

由于镍及镍基合金熔焊与钢相比具有导热性差，粘性强，熔深较浅，焊缝较高，易形成道间和层间熔合不良，为保证熔透，应选用较大的坡口角度和较小的钝边。同时焊接时尽量采取摆动焊(摆动焊缝宽度不大于焊条直径的3倍)，摆动至2边稍停顿使之熔合良好。

2．3 工艺参数的控制

镍及镍基合金焊接时应选用较小的焊接线能量并严格控制层间温度。由于镍及镍基合金导热性差，如果焊接电流过大，电弧电压过高，焊接速度较慢及层间温度过高都易使焊接接头过热，产生粗大的晶粒，在粗大的柱状晶粒边界上，集中了一些低熔点共晶体，他们的强度低，脆性大，在焊接应力的作用下很容易形成裂纹。这些低熔点共晶体主要有Ni—s共晶、Ni—Pb共晶、Ni—NiO和Ni—P共晶等。由此可见，焊缝中氧、硫、铅、磷等杂质对热裂纹倾向有很大的影响。另外产生粗大晶粒也会使焊接接头的机械性能和耐蚀性能下降。因此在保证熔合良好的情况下尽量选用较小的焊接电流，较低的电弧电压和较快的焊接速度，氩弧焊时焊接电流必须衰减，衰减时间4~6秒为好。同时应严格控制层间温度在150℃ 以下(必要时100℃ 以下)，避免焊接接头过热产生热裂纹。

2．4 镍及镍基合金焊缝表面成形的控制

镍及镍基合金焊缝应尽量凸起，自然成形，尽量不使焊缝拉平或凹下。由于镍及镍基合金焊缝金属表面张力大，流动性差，粘性大不易成形和易产生氧化等因素，自然成形的焊缝一般为凸状，如果焊缝是平坦或下凹状就会由于应力的作用产生裂纹。因此在单面焊双面成形时手弧焊背面最好加垫板，氩弧焊时除加强对正面焊缝的气体保护外，氩弧焊背面必须加气体保护装置。

2．5 预热和焊后热处理

镍及镍基合金焊接一般情况下不需预热和热处理，只是在耐蚀堆焊时考虑适当的预热和热处理。

3 常见缺陷产生原因及防止措施

由于镍基具有单相组织，焊接时存在与奥氏体不锈钢相类似的问题，在焊接时比较容易出现焊缝气孔，焊接热裂纹，未熔合，变形量过大，咬边等缺陷。在实际生产中经常遇到且危害较大的是焊缝气孔和焊接热裂纹。

3．1 焊缝气孔

3．1．1 焊缝气孔的产生原因

(1)氧气、氢气、二氧化碳气体在熔化的液态镍基合金中溶解度极大，而在固态溶解度大大减小，镍基合金焊接过程中从高温变冷时，气体在熔敷金属的溶解度也随之下降，游离出来的气体在流动性较差的液态镍中不能在镍基合金焊缝凝固前完全逸出而形成气孔。

(2)焊接坡口及其两侧的油污、水分、灰尘及氧化层清理不干净。

(3)焊接电流及电弧电压较低，焊接速度过快焊接热能量低。

(4)焊枪气体保护喷嘴直径较小，保护气体流量过低，气体保护效果不良。

(5)焊条烘干不良，烘干温度计保温时间不够。

3．1．2 焊缝气孔的防止措施

(1)采用含有脱氧元素或形成氧化物(如铝和钛，它们与氧和氮有较强的亲和力并形成稳定的化合物)的焊条或焊丝可减少气孔。

(2)焊接坡口及其两侧用专用砂轮或不锈钢丝刷将氧化层清除干净，并用丙酮和无水乙醇去除其表面油污、水分、灰尘等有害物质。

(3)选用适宜的焊接电流、电弧电压和焊接速度即焊接线能量进行施焊，使有害气体在熔敷金

属凝固前充分逸出。

(4)选用直径较大的焊枪气体保护喷嘴使其对熔敷金属有足够的气体保护面积，并选用适当的气体保护流量，使其具有良好的气体保护效果，防止空气中的氢、氧、氮等有害气体侵入熔池金属

中。

(5)严格按规定的烘干温度和保温时间对所使用的焊条进行烘干，使用时将焊条放置在保温筒中。

3．2 焊接热裂纹

3．2．I 焊接热裂纹的产生原因

(1)焊缝热脆性是由于硫、铅、磷或低熔点共晶体混入，它们形成晶间薄膜引起高温下的严重脆化，焊缝金属的热裂纹一般是由于低熔点夹杂物从表面沿晶间渗透而引起的。

(2)焊接坡口及其两侧的污物清理不干净其油污中的硫常常引起镍基合金焊缝产生热裂纹。

(3)焊缝表面凸凹不平引起应力集中而产生裂纹。

(4)收弧时没有填满弧坑和电流衰减时间较短，收弧处熔敷金属量少出现弧坑其强度比较薄弱，在相变应力和拘束应力的作用下产生收弧处微裂纹。

(5)焊接电流过大，焊接速度较慢，焊接线能量较大，层间温度过高使焊接接头过热产生粗大晶粒，在粗大晶粒边界上集中了一些低熔点共晶体他们的强度低脆性大，在焊接应力的作用下很容易形成热裂纹。

3．2．2 焊接热裂纹的防止措施

(1)选用硫、磷含量较低的镍基合金焊材以防止熔敷金属中低熔点夹杂物的产生。

(2)焊接坡口及其两侧的污物及氧化层必须清理干净，防止硫、铅、磷或低熔点杂质混入熔敷金属中。

(3)焊缝表面应均匀平整。无局部凸凹不平存在，以防止由于局部应力集中而产生裂纹。镍基合金焊缝成形以均匀凸起的自然成形为好。

(4)收弧时必须采取多次填弧坑的方法将弧坑均匀填满。氩弧焊收弧时电流衰减时间要长，并电流衰减至最小程度，使收弧处无任何凹陷存在。

(5)选用的焊接电流、电弧电压和焊接速度必须适当，即在保证熔合良好的情况下尽量选用较小的焊接线能量和较低的层间温度，以防止焊缝及热影响区过热而产生热裂纹。

4 结束语

通过对镍及镍基合金的焊接特点和镍及镍基合金焊接中常见缺陷的分析，我们在焊接镍及镍基合金时应注意以下几个方面：镍及镍基合金获得成功焊接的前提条件是做好焊前清理。镍及镍基合金焊接在保证熔合良好的前提下应选用较小的焊接线能量，同时要严格控制层间温度。镍及镍基合金焊接应选用较大的坡口角度和较小的钝边。镍及镍基合金焊缝表面成形应尽量凸起，自然成形，尽量不使焊缝拉平或凹下。镍及镍基合金焊接一般情况下不需预热和热处理，只是在耐蚀堆焊时考虑适当的预热和热处理。

求镍基合金的焊接工艺

求镍基合金的焊接工艺7 焊接工艺

答：

1 焊缝清理

(1)焊缝清理坡口、钝边及焊道两侧30mm范围。

(2)焊缝处氧化膜用锉刀、砂轮清理。

(3)焊缝处污物、油脂、漆应用丙酮、碱液或专用合成剂清理。

2 焊接注意事项

2.1 焊接时在保证焊透和熔合良好的前提下，在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。

2.2 当焊件较厚需多层焊应符合下列规定:

（1）除打底焊外其余焊层宜采用多道焊。

（2）层内温度应小于100℃。

（3）每一层每一道焊完后均应彻底清除焊道面的熔渣，并消除各种表面缺陷。

（4）各层各道的焊接接头要错开。

.2.3 采用实芯焊丝或不填丝的钨极氩弧焊时，焊缝背面应充氩，实行内保护，内保护措施可采用管子整体或局部充氩两种方法，并应符合下列要求:

（1）管内充氩气开始时流量可适当加大，确认管内空气完全排除后方可施焊。

（2）焊接时充氩气流量可逐步降低，以避免充氩气压力较高而造成焊缝背面在成形时出现内或根部未焊透现象。

2.4 钨极氩弧焊时，焊丝的加热端应始终在氩气保护之下。为加强保护效果可在焊嘴后侧家一辅助输送保护气拖罩。

2.5 焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表面引弧、收弧。

2.6 与焊件连接的焊接电源地线不得直接接触工件，应采用与焊件同材质的材料过渡连接，以避免铁污染。

2.7 焊接中应确保引弧与收弧的质量，收弧的弧坑应填满。

2.8 焊接管径较小且热裂倾向较大材质的焊缝时，宜采取焊缝两侧装冷却铜块，或用冷水、乙醇檫拭焊缝两侧等措施，以减少焊缝的高温停留时间，加快焊缝冷却速度。

2.9 焊接完毕必须及时将焊缝表面的熔渣及周围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。

2.10 焊接施工中避免污染，应采用不锈钢锤、不锈钢丝刷、专用砂轮片。

3 焊接工艺参数

不同系列的镍及镍合金焊接工艺参数稍有不同

镍基合金焊接工艺

这里就最常用的钨极气体保护焊和焊条电弧焊进行论述。无论是何种焊接方法，焊前一定要彻底清理焊接区表面，镍基合金对污染物的危害极为敏感，母材应尽可能在固溶状态下焊接。

① 钨极气体保护焊是应用最广泛的，几乎适合于任何一种可熔焊的镍基合金，特别适合于薄件和小截面构件。保护气体最常用的是氩气，它成本低，密度大，保护效果好。氩气中加5％氢气，有还原作用，一般只用于第一层焊道和单道焊，多层焊的其余焊道可能要产生气孔。氦气保护焊应用较少，但有如下特点，氦气导热大，向熔池线能量比较大，能提高焊接速度，减少了气孔的可能性，但氦弧焊，电流小于60A时，电弧不稳定。

钨极气体保护焊焊一般使用直流正接，采用高频引弧以及电流衰减的收弧技术。在保证焊透的条件下，应采用较小的焊接线能量，多层焊时应控制层间温度，焊接析出强化合金及热裂纹敏感性大的合金时，更要注意控制层间温度。弧长尽量短，薄件焊接时焊枪可不作摆动，但厚板多层焊时，为使熔敷金属与母材及前道焊缝充分熔合，焊枪仍可适当的摆动。为保证单面焊完全焊透需要用带凹形槽的铜衬垫，通以保护气体进行反面保护。为加强焊接区的保护效果，也可在焊嘴后侧加一辅助输入保护气体的拖罩。

② 使用焊条电弧焊时焊接镍基合金时，由于焊条含合金元素多，且要求防止热裂纹，一般镍基合金焊条的药皮类型为碱性药皮，采用直流反接。为了防止合金元素的烧损和控制线能量，焊接时要求尽可能采用小规范，与同规格的不锈钢焊条相比，电流可降低20％ ~ 30％。由于液态金属的流动性差，为防止未熔合和气孔等缺陷，一般要求在焊接过程中适当摆动，但不能过大。在焊缝接口再引弧时，应采用反向引弧技术，以利调整接口处焊缝平滑并且能有利于抑制气孔的发生。采用逆向收弧，把弧坑填满，防止弧坑裂纹，必要时要对弧坑进行打磨。

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