镍及镍基合金的特性和焊接

镍及镍基合金的特性和焊接

【摘要】本文通过对镍及镍基合金的特点和焊接时注意的要点进行了介绍。

【关键词】镍及镍基合金特点焊接工艺焊接参数

镍及镍合金具有优异的耐腐蚀性能，在化工领域中的应用越来越广泛，下面就镍及镍基合金的特点和焊接工艺进行介绍。

1 材料慨述

工业纯镍在国内主要是N6，国外有Nickel 200、Nickel 201；镍基耐腐蚀合金分为因科耐尔（Inconel）、因科洛依（Incoloy）、蒙耐尔（Monel）、哈斯特洛依（Hastelloy）等。

1.1 工业纯镍Nickel 201

Nickel 201是工业纯镍，具有优良的塑性和韧性，高的化学稳定性。纯镍有耐大气、碱、淡水锈蚀。在热浓碱液中耐腐蚀性能极好，在中型和微酸性溶液及有机溶剂等介质中也有较好的耐蚀性。不耐氧化性酸和含有氧化剂的溶液以及多数熔融金属的腐蚀。在高温含硫气体中也会发生硫化变脆。1.2 因科耐尔Inconel 600

因科耐尔Inconel 600具有理想的强度、加工性、耐腐蚀和耐热性能。有良好的抗高温氧化、腐蚀、冷热加工性能及低温力学性能。

1.3 因科洛依Incoloy 825

Incoloy 825含铬量与不锈钢接近，因而在一般腐蚀性介质中的耐腐蚀性能也和不锈钢类似，对热碱液，碱性硫化物的耐蚀性比不锈钢好，抗高温腐蚀性能更好。

1.4 蒙耐尔Monel 400

Monel 400对卤素、中性水溶液、苛性碱溶液、稀硫酸、氢氟酸和磷酸等具有良好的耐蚀性能。对氯化物、浓硫酸、高温含硫气体等不够耐蚀。对非氧化性酸，特别是对氢氟酸的耐蚀性非常好。

1.5 哈斯特洛依HastelloyB-2

HastelloyB-2的碳、硅含碳量极低，改变了在敏化状态和焊后状态的抗晶间腐蚀性能。它可以在沸腾温度下任何浓度的盐酸介质中使用。

1.6 HastelloyC-276

HastelloyC-276在氧化性和还原性介质中都具有很好的耐蚀性能，尤其适用于混入铁离子Fe3+、铜离子Cu2+等强氧化性离子的盐酸、硫酸溶液、以及氯化物和海水的孔蚀。

2 焊接材料2.1 填充金属

在选择焊丝时，应选择加入Ti、Al、Nb等元素的焊丝。可以防止焊缝金属产生裂纹和气孔等缺陷。2.2 保护气体

保护气体采用氩气。

2.3 电极

选用铈钨电极，发射电子能力强，引弧稳弧性能好，载流能力高，辐射性小。

3 焊接

3.1 焊接性分析

镍及镍合金焊接易产生热裂纹，也有产生气孔及中温敏化脆化的可能。

3.1.1？热裂纹

与不锈钢相比，镍及镍合金具有较高的焊接热敏感性，晶间液膜是引发镍基合金单相奥氏体焊缝凝固裂纹的主要原因。S、P、Si是造成晶间低熔点液膜的主要元素。为此，在焊接前，必须对母材和焊丝进行严格的清理。

3.1.2？气孔

由于镍基合金固-液相温度间隔小，流动性偏低，在焊接的快速冷却凝固结晶下，易产生焊缝气孔，为了防止气孔的产生，在施焊前清除坡口及焊缝区的各种污物。

3.1.3？中温脆化

由于HastelloyB、HastelloyC系列合金具有中温脆化的特性，因此，应尽量采用小直径焊丝，小电流焊接，较少热输入量。

3.2 焊接工艺3.2.1？焊接方法

镍基合金的焊接广泛采用焊条电弧和钨极氩弧焊，钨极氩弧焊能较好的控制线能量，焊缝成形好，且无飞溅和熔渣。电流极性采用直流正接法。

3.2.2？焊接准备

（1）环境和工件组对

焊接应在清洁、干燥的环境中进行，温度应在15℃以上。严禁在含铁等灰尘的空气中施焊。表面清理完毕的焊件即可进行工件的装夹组对，在装夹组对过程中禁止直接用手触及焊件。

（2）下料及坡口加工形式

镍基合金的焊接母材坡口角度要大一些，钝边的厚度要薄一些，根部间隙不能太小。坡口角度稍大一些为60°～70°、对接间隙稍宽（约为2.5～3.5mm）。

（3）焊前清理与焊接保护

焊接前要保证：一是母材表面和焊丝表面必须清洁；二是高温熔池和高温焊道必须得到氩气的有效保护。这两点是获得优质焊接接头的重要条件。3.2.3？焊接工艺参数

对于钨极氩弧焊，线能量不应超过15kJ/ cm，层间温度不超过150℃，以免焊缝及热影响区产生过热。

表1所示为焊接HastelloyB-2（δ=12）的工艺参数。

参考下式计算焊接线能量Q：Q=60UI/1000V kJ/cm

式中：U——焊接电压V；I——焊接电流A；

V——焊接速度cm/min。3.2.4？焊工操作技术

手工钨极氩弧焊操作时，采用短弧不摆动或小摆动的操作方法。焊接时，填充焊丝的送入不直接浸入熔池，应使填充焊丝位于钨极的前进方向的前方边溶化边送进，焊丝端头要始终处于氩气保护之下。收弧时要多填加点焊丝，使焊缝堆高增大。

由于镍基合金的特性及焊接电流的限制，焊接速度较慢，要求焊工要有耐力和耐性。

3.2.5？焊接中应注意的事项

起弧要在坡口内或引弧板上。多层焊时，层间焊道交接处要错开。

打底层的焊肉应有一定厚度，在焊接过程中适当调整焊接参数使之得到凸起断面焊道减少拘束度，否则易出现结晶裂纹。

与腐蚀介质接触的焊道应尽可能最后施焊，这样可以减少一次焊道受热过程，利于耐腐蚀。

要趁热除去焊缝和热影响区的表面氧化色彩。

4 结束语

镍及镍基合金是强度高，耐腐蚀性好的材料，在焊接时应特别注意焊前处理和焊接线能量的控制，消除热裂纹、气孔和中温脆化等缺陷。通过实践，证明只要采用合理的工艺措施，就能焊好镍及镍基合金。

参考文献

[1] 顾钰熹.特种工程材料焊接[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1998