科普焊接—如何焊接镍合金

镍是一种相对简单的金属。它是面心立方，从熔点冷却到室温时不会发生相变，与不锈钢相似。因此，镍及其合金不能通过淬火硬化，因此冷却速度的影响不如对碳钢的大。如果环境温度高于5°C，则基本不需要预热。镍及其合金的应用范围非常广泛，从抗高温氧化和抗蠕变，从耐腐蚀性应用到低温应用。镍可以用在商业上纯镍的形式提供，但更多的是与其他元素结合的合金-固溶强化合金和沉淀硬化合金。

所有常规焊接工艺方法均可用于镍及其合金的焊接，并有匹配的焊材。如上所述，镍及其合金在许多方面与奥氏体不锈钢的焊接相似；焊接工艺也同样相似。然而，镍的热膨胀系数小于不锈钢，因此变形和变形控制措施与碳钢相似。

镍合金严重的焊接问题是焊缝金属或热影响区熔合线附近的热裂纹敏感性，后者更为敏感。这一问题的主要来源是硫，但磷、铅、铋和硼也有影响。焊缝金属和热影响区裂纹通常是由于清洁不充分，残留的油脂、油、污垢等污染造成的。母材或焊材的硫含量通常会限制在很低的范围内。焊接前，要进行机械或使用强力不锈钢钢丝刷清理，然后用合适的溶剂脱脂，焊接应在清理后8小时内进行，以降低再次污染的风险。任何热处理使用无硫燃料或电炉进行。在进行脱脂之前，可能需要对已在使用中且需要进行焊接修补的部件进行打磨或机加工，以去除嵌入焊接修补区域内或附近表面的任何污染物。请记住，如果在除油操作后或焊接过程中进行机械清理，所使用的气动工具的压缩空气中会含有水分和油，因此清洁后的表面可能会再次受到污染。

气孔也是镍合金焊接的一个问题，产生气孔主要的罪魁祸首是氮。只有0.025%的氮气会在凝固焊缝金属中形成气孔。相当轻的气流都能够破坏气体保护层，产生大气污染并产生气孔。注意确保焊接区域得到气体保护充分，这在现场焊接应用中尤其重要。采用气体保护工艺时，气体纯度和气体保护效率尽可能高。应定期检查气体软管是否损坏和泄漏，焊接电缆、焊接铜轮、滚焊轮。在TIG工艺中，应尽可能大直径的陶瓷喷嘴与背面保护装置一起使用。不用说，在TIG焊焊接根部焊道时，根部的气体保护是不能忽视的。

在氩气保护气体中加入少量氢气（可高达10%）可减少该问题。焊条电弧焊时，引弧和收弧时的气孔是一个问题。在引弧位置进行焊接时，由于开始焊接时气体保护不良而形成的任何气孔。焊接收弧也要小心，减少弧长，稍微提高移动速度，以减小熔池尺寸。

在某些情况下，当氧气与熔池中的碳结合形成一氧化碳时，也会导致气孔。焊材制造商通常通过确保焊丝中有足够的脱氧剂（主要是锰、铝和钛）来克服这个问题。

镍合金焊接的一个特点是会在熔池表面形成粘附性浮渣。这很难去除，如果在下一道焊接之前不处理，可能导致夹杂物和焊道间熔合不足。钢丝刷通常不足以去除该层，然后要通过打磨焊缝表面解决这个问题。

熔池，除了这种表面膜外，本身流动性差的的，不像碳钢或不锈钢那样自由流动。这可能导致焊道凹凸不平，焊趾部位熔合不良，除非焊工操纵时搅拌熔池以避免此类缺陷。虽然可以使用直线操作，但轻微的摆动有助于焊缝的熔合。此外，坡口应该足够宽，以使焊工能够控制熔池；对于V形对接焊缝，建议夹角为70至80°。

30至40°角的U型坡口也是可以接受的，尽管加工成本比V型准备高，但总体上可能更便宜，因为所需焊材的数量可以减少，减少多少具体取决于材料厚度。在TIG焊中，向保护气体（氩气中可添加高达10%H2）中添加氢气也有利于降低熔池表面张力。

镍合金的另一个焊接特点是熔深小于碳钢或不锈钢。增加焊接电流不会增加熔深。这意味着单面全熔透焊缝焊接时，钝边尺寸应小于不锈钢。建议在零间隙TIG时，钝边不应大于1.5mm。临时衬垫对控制根部焊道形状非常有用。它们可以由铜、不锈钢或镍合金制成。应避免使用碳钢或低合金钢垫板。

虽然镍及其合金的可焊性较好，但其成分、冶金组织、热处理和/或应用条件都会影响其焊接性应。锻造、细粒度的部件比铸造部件具有较好的焊接性，因为铸件通常具有大量的偏析物。粗大的晶粒可能导致热影响区的微裂纹，因此避免高热量输入。

所有合金在退火或固溶处理状态下焊接，这尤其适用于沉淀硬化合金，如Inconel 718。