1.概述

Inconel 690鎳基合金有顯著的抗氧化、耐腐蝕性能，廣泛應(yīng)用于耐腐蝕關(guān)鍵部件中，但是在實(shí)際焊接過程當(dāng)中，由于Inconel 690鎳基合金電阻率較高，線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱率低，焊接接頭中會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接變形，同時(shí)鎳屬于單相組織，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊接熱裂紋、焊接氣孔、夾渣、晶問腐蝕等焊接缺陷，Inconel 690鎳基合金焊接難度極大。掌握Inconel 690鎳基合金材料特性和焊接特點(diǎn)對(duì)于Inconel 690鎳基合金焊接是非常必要的。

2.Inconel 690鎳基材料基本性質(zhì)

鎳基合金是工業(yè)中極為重要的材料。Inconel 690鎳基合金化學(xué)成分和力學(xué)性能

見表1、2。

inconel 690鎳基合金Cr成分較高，大約為30%,Cr可以防止晶界炭化物的析出，從而避免晶界附近產(chǎn)生缺鉻現(xiàn)象，可增進(jìn)抗氧化的能力。Inconel 690合金有約60%的高Ni成分，其在氫氧化鈉溶液和氯化物的環(huán)境中具有抗應(yīng)力腐蝕龜裂的特性。

3.Inconel 690鎳基合金的焊接特點(diǎn)

Inconel 690鎳基合金為單向組織，存在熱裂紋傾向，在焊接熱作用下，焊縫易過熱，造成晶粒粗大，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。同時(shí)Inconel 690鎳基合金焊接時(shí)還具有液態(tài)金屬流動(dòng)性差、焊縫金屬熔深淺等特點(diǎn)。

4.InconeI 690鎳基合金的焊接要求

4.1焊前清理

清理是Inconel 690鎳基合金獲得好的焊接質(zhì)量重要的措施之一，焊前應(yīng)該嚴(yán)格將焊接坡口及周圍50mm范圍內(nèi)清理干凈，尤其要去除表面的氧化層、油污等雜質(zhì)。焊接過程中Ni能與雜質(zhì)中P、S、Pb、Al或低熔點(diǎn)的物質(zhì)形成脆化元素[2]。由于氧化物(一般在540℃以上形成)的熔點(diǎn)高(2040℃),而鎳的熔點(diǎn)低為1400℃,因而易造成未熔合。在鎳及鎳基合金焊接中的主要有害雜質(zhì)Zn、S、C、Bi、Pb、Cd等，其能增加鎳基合金的焊接裂紋傾向。坡口周圍的油污、水分、灰塵及氧化層會(huì)造成焊接氣孔的產(chǎn)生。

4.2焊接參數(shù)的選擇

Inconel 690鎳基合金焊接時(shí)參數(shù)的選擇對(duì)于控制焊接質(zhì)量也是極為重要的，通常應(yīng)選用較小的焊接線能量。由于Inconel690鎳基合金本身具有導(dǎo)熱性差的特點(diǎn)，若焊接時(shí)電流過大，電弧電壓過高，焊接速度較慢都易使焊接接頭過熱，從而產(chǎn)生粗大的晶粒，晶粒粗大容易導(dǎo)致在粗大的柱狀晶粒邊界上，集中了一些低熔點(diǎn)共晶體，其強(qiáng)度低，脆性大，在焊接應(yīng)力的作用下進(jìn)而很容易形成裂紋；另外，晶粒粗大也會(huì)使焊接接頭機(jī)械性能和耐蝕性能下降。

應(yīng)嚴(yán)格控制Inconel 690鎳基合金焊接時(shí)層間溫度在100℃以下，甚至50℃以下，較低的層間溫度可以避免焊接接頭過熱產(chǎn)生熱裂紋。

4.3 Inconel 690鎳基合金焊縫表面成形的控制

Inconel 690鎳基合金焊縫金屬表面張力大，鎳基合金流動(dòng)性差，粘性大不易成形，最為理想焊縫一般為凸?fàn)?，若焊縫平坦或下凹狀就會(huì)由于應(yīng)力作用產(chǎn)生裂紋。

4.4 Inconel 690鎳基合金焊接材料選擇

Inconel 690鎳基合金的焊接材料的選擇應(yīng)遵循與母材匹配的原則，焊接材料中的含碳量不應(yīng)超過母材的含碳量，同時(shí)要有比母材更高的鉻鎳比。焊接材料的規(guī)格對(duì)于焊接質(zhì)量的控制也極為重要，手工鎢極氬弧焊選用的常用規(guī)格為φ0.9mm;手工電弧焊選用的常用規(guī)格為φ4mm或φ3.2mm,甚至φ2.5mm。

5.常見缺陷產(chǎn)生原因及防止措施

焊接時(shí)比較容易出現(xiàn)焊縫氣孔、焊接熱裂紋、未熔合、焊接變形以及咬邊等缺陷。

5.1焊縫氣孔

5.1.1焊縫氣孔的產(chǎn)生原因

最主要的原因有兩個(gè)，一是氣體在液態(tài)金屬和固態(tài)金屬中溶解度的差別，另一個(gè)是鎳基合金本身材料特性，即相圖中固液相溫度間距小，與其他金屬合金相比，Inconel690鎳基合金固態(tài)相變時(shí)間更短，致使氣體來不及逸出，從而形成氣孔。

焊接坡口及其兩側(cè)的油污、水分、灰塵及氧化層清理不干凈都會(huì)產(chǎn)生焊縫氣孔。鎳基合金中主要是H?O、CO和N?氣孔。藥皮過燒脫落起不到保護(hù)作用；焊炬過高，氣體保護(hù)效果不良或操作不當(dāng)，以及環(huán)境風(fēng)量過大等都可能產(chǎn)生氣孔。

5.1.2焊縫氣孔的防止措施

采用含有脫氧元素或形成氧化物的焊條或焊絲可減少氣孔。焊接坡口及周圍用專用砂輪或不銹鋼鋼絲刷將氧化層清除干凈，并用丙酮和無水乙醇去除其表面油污、水分、灰塵等有害物質(zhì)。手工氬弧焊焊時(shí)選用直徑較大的氣體保護(hù)噴嘴，并選用適當(dāng)?shù)臍怏w保護(hù)流量，使其具有良好的氣體保護(hù)效果。

5.2焊接熱裂紋

5.2.1焊接熱裂紋的產(chǎn)生原因

熱裂紋敏感性，尤其在起弧、收弧的弧坑部位易產(chǎn)生裂紋。晶間腋膜?是引發(fā)鎳基合金單相組織凝固裂紋的最主要冶金因素。晶間薄膜引起高溫下的嚴(yán)重脆化，焊縫金屬的熱裂紋一般是由于低熔點(diǎn)夾雜物從表面沿晶間滲透而引起的。內(nèi)部成分不均勻或焊接坡口及周圍清洗不干凈，有C、S、P、Ni等元素在熔池中形成低熔點(diǎn)共晶，結(jié)晶過程中雜質(zhì)偏析現(xiàn)象比較嚴(yán)重，焊接規(guī)范不當(dāng)、大的熱輸入，焊縫表面凸凹不平引起應(yīng)力集中都會(huì)引起裂紋。

5.2.2焊接熱裂紋的防止措施

選用硫、磷含量較低或錳含量較高的鎳基合金焊材以防止熔敷金屬中低熔點(diǎn)夾雜物的產(chǎn)生。焊接坡口及其周圍的污物及氧化層必須清理干凈。焊縫表面自然成形防止由于局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。

Inconel 690鎳基合金焊接時(shí)其他容易出現(xiàn)的缺陷是夾渣、咬邊，焊接過程中同樣應(yīng)該注意避免。

6.結(jié)論

鎳基合金向來是焊接制造過程中的難點(diǎn)，為了提高Inconel 690鎳基合金材料焊接質(zhì)量，本文總結(jié)了Inconel 690鎳基材料焊接的要點(diǎn)：容易產(chǎn)生焊接裂紋，以及常見缺陷產(chǎn)生的原因和防范措施，從而為Inconel 690鎳基合金焊接起到了指導(dǎo)意義。