异种金属焊接2（北京工业大学－雷永平）.ppt

29/43 钢与有色金属的焊接－2 雷永平 钢与镍及其合计的焊接 特点： 镍及其合金具有独特的物理和力学性能，耐热性强，在200－1090范围能耐各种介质侵蚀，具有良好的高温和低温性能。Ni是镍基高温合金、镍基耐蚀合金和奥氏体不锈钢的主要成分，Ni还能降低钢的低温韧性。 因而，在石油、化工、航空航天、海洋等工业生产中得到了广泛应用，航空发动机需要的镍合金材料占整体结构材料的一半以上，包括燃烧室、叶片等均采用镍合金的焊接结构。 钢与镍及其合金的焊接 1、镍合金特点、分类及性能 钢与镍及其合金的焊接 镍合金 的分类 按合金元素 按合金强 化方式 工业纯镍 固溶强化 1、镍合金特点、分类及性能 Ni-Cu合金(Monel) Ni-Cr或Ni-Cr-Fe合金(Inconel) Ni-Cr-Mo或Ni-Cr-Mo-Cu合金(Hastelloy) 沉淀强化 按成型方式 变形镍合金 铸造镍合金 按用途 镍基高温合金 镍基耐蚀合金 钢与镍及其合金的焊接 工业纯镍：比银略黄而有光泽，良好的塑性和韧性，耐大气。碱、淡水等介质腐蚀，工业中，压延成板材。 Ni－Cu合金：具有Cu和Ni 的耐蚀性，在还原介质中比Ni的耐蚀性强，但在卤化物和浓硝酸中耐蚀性较差。 Ni－Cr和Ni－Cr－Fe合金：含镍量多（70％）。抗高温氧化和耐氯离子介质的应力腐蚀。 Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-Cu合金：具有较强的耐蚀性，但600－1150敏化处理或焊接时，在盐酸、铬酸、碳酸等介质中易于产生晶间腐蚀。 1、镍合金特点、分类及性能 钢与镍及其合金的焊接 固溶强化：加入Cr、Mo、W、Co、Al、Fe等进行固溶强化。由于Cr在Ni中溶解度较大，提高抗氧化能力。少量Cr与C形成Cr23C6，提高高温持久性能。W、Mo提高扩散激活能，提高再结晶温度，提高高温性能。 沉淀强化：加入合金元素后，采用固溶处理，再加上时效处理，达到提高强度的目的。 大都含有Al和Ti，形成Ni3（Al，Ti）， γ’相 1、镍合金特点、分类及性能 接头裂纹敏感性： 结晶裂纹：易发生在焊道弧坑，形成火口裂纹。多数沿焊缝中心线开裂。微量合金元素聚集晶界，形成低熔点共晶组织，导致热裂。 S、P、C、B会增加热裂敏感性。 当Al＋Ti总量达6％，裂纹敏感性增加，焊接性变差。 液化裂纹：由于镍合金中合金元素较多，大部分镍合金具有液化裂纹倾向，并随其含量增加而显著，大都产生近焊缝区，沿晶开裂。 晶界共晶组织－－晶界液化－－拘束应力－－液化裂纹 应变时效裂纹：Al、Ti含量较高的沉淀强化镍合金焊接后，在时效处理中熔合区附件产生一种沿晶裂纹，即应变时效裂纹。 钢与镍及其合金的焊接 2、镍及镍合金焊接特点 接头组织不均匀： 固溶强化合金，变形组织－铸造组织 快速凝固，晶内偏析－层状组织。焊缝两侧粗晶带，疲劳性能降低。 沉淀强化合金，焊缝和HAZ区组织复杂， 钢与镍及其合金的焊接 2、镍及镍合金焊接特点 钢与镍及镍合金异种焊接结构在石油、化工、核工业及航空航天工业生产中应用广泛。 由于镍及镍合金的优良性能，在与钢进行焊接时形成的焊接接头力学性能良好，且可以节省材料，降低成本。因此，钢与镍及镍合金的异种材料焊接结构应用有很大的发展前景。 钢与镍及其合金的焊接 铁与镍可互相无限固溶，两者结晶性能、晶格类型、原子半径、外层电子数目均相近，所以焊接性良好，但焊接中常会遇到与镍金属焊接时相同的问题，及钢和镍中的杂质或合金元素对焊缝金属的不良影响等。钢与镍焊接时，主要是在焊缝易出现裂纹和气孔。 钢与镍及镍基合金焊接时，焊缝成分主要是铁和镍。在高温下，镍很容易夺氧形成NiO，在结晶时容易形成气孔，焊缝金属中含Mn、Ti、Al等元素有脱氧作用，含Cr、Mn有利于防止气孔。所以，镍与不锈钢焊接比镍和碳钢焊接时的抗气孔能力强。 2、钢与镍及其合金的焊接特性 钢与镍及其合金的焊接 钢与镍焊接产生的裂纹主要是热裂纹，这与镍的低熔点共晶有关，焊缝中O、S、P、Pb等杂质会增大热裂倾向。为提高焊缝抗裂性，常向焊缝中加入一些变质剂，如Mo、Mn、Cr、Al、Ti及Nb，以细化晶粒，减弱O、S的有害作用，对防止气孔的产生也有一定的作用。 纯镍与钢焊接时，若焊缝金属中含有30%～40%Ni、1.8%～2.0%Mn、3.4%～4.0%Mo时，焊缝具有很高的抗裂性和抗气孔能力，接头性能σb≥529MPa，接头的冷弯角可达180o。 2、钢与镍及其合金的焊接特性 钢与镍及其合金的焊接 钢与镍及镍基合金的焊接可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊等熔焊方法，也可以彩和点焊、缝焊、爆炸焊等压焊方法。为保证焊接接头性能良好，必须正确选择焊接方法、焊接材料