HGH3030 HGH4169镍基高温合金焊丝
铁镍基高温合金的焊接性及焊接工艺一、焊接性 对于固熔强化的高温合金，主要问题是焊缝结晶裂纹和过热区的晶粒长大，焊接接头的“等强度”等。 对于沉淀强化的高温合金，除了焊缝的结晶裂纹外，还有液化裂纹和再热裂纹；焊接接头的“等强度”问 题也很突出，焊缝和热影响区的强度、塑性往往达不到母材金属的水平。 1、焊缝的热裂纹 铁镍基合金都具有较大的焊接热裂纹倾向，特别是沉淀强化的合金，溶解度有限的元素 Ni 和 Fe，易 在晶界处形成低熔点物质，如 Ni—Si，Fe—Nb，Ni—B 等；同时对某些杂质非常敏感，如：S、P、Pb、Bi、 Sn、Ca 等；这些高温合金易形成方向性强的单项奥氏体柱状晶，促使杂质偏析；这些高温合金的线膨胀系 数很大，易形成较大的焊接应力。 实践证明，沉淀强化的合金比固熔强化合金具有更大的热裂倾向。 影响焊缝产生热裂纹的因素有： ①合金系统特性的影响。 凝固温度区间越大，且固相线低的合金，结晶裂纹倾向越大。如： N—155（30Cr17Ni15Co12Mo3Nb） ， 而 S—590（40Cr20Ni20Co20Mo4W4Nb4）裂纹倾向就较小。 ②焊缝中合金元素的影响。 采用不同的焊材，焊缝的热裂倾向有很大的差别。如铁基合金 Cr15Ni40W5Mo2Al2Ti3 在 TIG 焊时，选用 与母材合金同质的焊丝，即焊缝含有γ ／ 形成元素，结果焊缝产生结晶裂纹；而选用固熔强化型 HGH113， Ni—Cr—Mo 系焊丝，含有较多的 Mo，Mo 在高 Ni 合金中具有很高的溶解度，不会形成易熔物质，故也不 会引起热裂纹。含 Mo 量越高，焊缝的热裂倾向越小；同时 Mo 还能提高固熔体的扩散激活能，而阻止形 成正亚晶界裂纹（多元化裂纹） 。 B、Si、Mn 含量降低，Ni、Ti 成分增加，裂纹减少。 ③变质剂的影响。 用变质剂细化焊缝一次结晶组织，能明显减少热裂倾向。 ④杂质元素的影响。 有害杂质元素，S、P、B 等，常常是焊缝产生热裂纹的原因。 ⑤焊接工艺的影响。 焊接接头具有较大的拘束应力，促使焊缝热裂倾向大。采用脉冲氩弧焊或适当减少焊缝电流，以减少 熔池的过热，对于提高焊缝的抗热裂性是有益的。 2、热影响区的液化裂纹 低熔点共晶物形成的晶间液膜引起液化裂纹。 A—286 的晶界处有 Ti、Si、Ni、Mo 等元素的偏析，形成低熔点共晶物。 液膜还可以在碳化物相 （MC 或 M6C） 的周围形成， 如 Inconel718,铸造镍基合金 B—1900 和 Inconel713C。 高温合金的晶粒粗细，对裂纹的产生也有很大的影响。焊接时常常在粗晶部位产生液化裂纹。因此， 在焊接工艺上，应尽可能采用小焊接线能量，来避免热影响区晶粒的粗化。 对焊接热影响区液化裂纹的控制，关键在于合金本身的材质，去除合金中的杂质，则有利于防止液化 裂纹。 3、再热裂纹 γ ／ 形成元素 Al、Ti 的含量越高，再热裂纹倾向越大。／ 对于γ 强化合金消除应力退火，加热必须是快速而且均匀，加热曲线要避开等温时效的温度、时间曲 线的影响区。 对于固熔态或退火态的母材合金进行焊接时，有利于减少再热裂纹的产生。 焊接工艺上应尽可能选用小焊接线能量，小焊道的多层焊，合理设计接头，以降低焊接结构的拘束度。 杂质对高温合金再热裂纹的影响 1—加热曲线对于 A、B 均不裂；2—加热曲线对 A 裂，B 不裂 4、焊接接头的“等强度”问题 高温合金焊后，在过热区有显著的晶粒粗化现象，接头性能不均匀，对高温塑性、疲劳强度、蠕变极 限、持久强度、硬度等都有较大影响。 为了获得比较理想的焊接接头，应尽量减少接头的过热和组织不均匀性，故焊接时应尽可能选用能量 集中的焊接方法和小的焊接线能量。 焊补次数增加，大大降低焊接接头的性能，促使再热裂纹的产生。所以，一般规定同一部位补焊不允 许超过三次。重要焊缝甚至禁止补焊。 三、高温合金的焊接工艺 1、TIG 焊接 TIG 焊是高温合金比较好的焊接方法，尤其是铁基合金，特别适应用于 12.5mm 以下薄板。 为防止产生裂纹，焊接时采用小焊接线能量，窄焊道，电弧长度尽可能短，一般为 1~1.5mm 为宜。 采用小直径钍钨极，端部磨成 30~60°的尖角，以保持电弧稳定，易于控制熔透和窄焊道。 Ar 气保护。特别是焊接含有 Al、Ti 等元素的合金时，要特别加强保护。 焊材可用奥氏体耐热不锈钢或镍基合金。 采用直流正接电源。 焊接时焊矩与母材保持垂直。 2、手工电弧焊 铁基合金中手工电弧焊使用较少，特别是沉淀强化型合金几乎不用。 焊条通常选用与母材合金成分相近，或选用高镍焊条。 Incoloy800 使用温度在 900 ℃以上，推荐用 ENiCrFe—2 焊条；使用温度在 540℃以上，推荐用 ENiCrFe—3 焊条。采用小焊接线能量，小电流、快焊 速、不横向摆动、窄焊道焊接；焊接开始或结尾都应装引弧板或熄弧板，防止裂纹的产生；采用直流反接 电源。 对于镍基合金，手工电弧焊一般只适用于板厚 1.6mm 以上，固熔强化型合金，不能用于沉淀强化型合 金的焊接。 3、等离子弧焊接 熔深大，可大于 7~8mm（Incoloy800） ，效率高；TIG 熔深 2~3mm。 4、MIG 焊接的热输入量较大，易出现热裂纹，只用于 T＞12.5mm 或高效率场合。 自动埋弧焊同上。 电子束焊接热量集中，但易出现一些特有的缺陷，如气孔、冷隔等，裂纹敏感性也较大。 三、高温合金的焊接工艺要点 1、加强保护 高温合金中有很多合金元素对氧具有很大的亲和力，若保护不好易被烧损，特别是铁基合金。 2、加强焊接区的清理 高温合金的表面常存在有难熔氧化膜，NiO 的熔点为 2090℃，如焊前未清理干净，易在焊缝中形成夹 杂物。另外，工件表面的污物未清理，也会带来一些有害杂质：如 Pb、P、S 等，影响焊接接头性能。所 以，对坡口边缘或多道焊的每道焊缝表面，都应彻底清理干净。 3、设计合理的坡口 铁基和镍基合金的液体金属流动性较差， 焊接时易产生未熔合缺陷。 熔深一般只有低碳钢的 50%左右， 奥氏体钢的 60%左右。为达到一定的熔深和熔合良好，其坡口角度要适当增大，钝边减小。 钢和镍基合金坡口设计的比较 4、要求高精度的装配。 5、减少焊接接头的过热。 焊缝的布置尽量避免交叉和分布过密，减少补焊次数，采用小焊接线能量和小截面焊道，选用脉冲焊， 分段焊等工艺。 6、选用好的焊接材料。 通常采用 Mo 和 W 含量较高的 Ni—Cr—Mo（W）系合金焊丝，抗裂性高。即使焊接沉淀强化型合金， 也宁可牺牲一些强度，不希望采用 Al、Ti 含量较高，会形成γ 金焊丝。 为了确保焊接接头的高温强度，以采用同质焊丝或力求焊缝与母材的合金成分相近为好。 对保护气体、焊条、焊剂等，要求纯度高，具有小的氧化性，以保证大的合金过渡系数。／ 相的焊丝，而选用 Ni—Cr—Mo（W）系合
