镍及镍基合金焊材选用

1、镍及镍基合金焊材选用镍是一种用途广泛的重要有色金属，具有熔点高、耐腐蚀性好、力学性能优良等特性。镍基合金是含镍量大于50%并含有多良其他元素的合金，镍基比铁基能固熔更多的合金元素，所以镍基合金不但保持了镍的良好特性，有兼有合金化组分的良好特性，既可耐高温，又可耐腐蚀。工程上将其分为两大合金类型，即耐热用镍基合金(有称高温合金)和耐腐蚀用镍基合金。前者主要用于航空、航天等高温工作构件；后者则用于化学、石油、核工业等苛刻腐蚀环境。银基高温合金：它是以镍、铬固熔体为基体并天家多种合金元素进行固熔强化而得到的合金。焊接结构常用的镍基高温合金的强化机制分为固熔强化和时效沉淀强化两大类。固熔强化是加入Cr

2、、Co、W、Mo、Nb、Ta等元素，以提高原子间结合力，产生点阵畸变，阻止位错运动，提高再结晶度等来强化固熔体。这类合金具有优良的抗氧化性，塑性较高，易于焊接，但热强性相对较低。时效强化是在固熔强化的基础上，天家较多的Al、Ti、Nb、Ta等元素，他们与镍结合成共格稳定、成分复杂的金属间化合物，使合金的热强性大大提高。但是，Al、Ti、Nb等元素的加入使焊接性变差，故这类元素的加入总量宜限制在6%以下。固熔强化和时效强化的形变镍基高温合金牌号有30个左右，如GH3030(Ni-20Cr-0.25Ti)、GH4033(Ni-20Cr-2.5Ti-0.8Al)等。焊接时有可能产生凝固、液化裂纹或应

3、变时效裂纹，Al、Ti等时效强化元素越多，裂纹敏感性越大。银基耐蚀合金：为提高镍基耐蚀合金的耐腐蚀性能，也加入松、W、Mo等合金元素；且要求碳量越低越好；Ti、Nb等含量较低，主要作用是抑制碳的有害影响，以提高耐腐蚀性能，这均是与高温合金的重要区别。我国的耐腐蚀合金牌号标准见GB/T15007-1994。镍基耐腐蚀合金也有固熔和沉淀两种强化方式，但成分类型与镍基高温合金不同，有如下几种类型；Ni系，近于纯镍，如Ni200等；Ni-Cu系，如蒙乃尔(monel)400(66Ni31Cu);Ni-Cr系和Ni-Cr-Fe系，如因康镍(Inconel)600(76Ni15Cr8Fe)、因康镍718(

4、53Ni19Cr3Mo5Nb18Fe);Ni-Fe-Cr系，如因康洛依(Incoloy)800(32Ni46Fe21Cr);Ni-Mo系和Ni-Cr-Mo系，如哈斯特洛依(Hastelloy)C(64Ni16Cr16Mo4W);Ni-Cr-Mo-Cu系，含Cu在3%以上。镍基耐蚀合金在焊接时可能产生热裂纹、焊缝气孔等问题，有的合金烈性(如Ni-Cr、Ni-Mo、Ni-Cr-Mo系)焊接接头还存在晶间腐蚀和应力腐蚀问题。镍基合金具有耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又经验有强度高、塑性好、可冷热变形和加工成型及可焊接的特点，因此，广泛应用于石油化工、冶金、原子能、海洋开发、

5、航空、航天等工业中，解决一般不锈钢和其他金属、非金属材料无法解决的工程腐蚀问题，是一类非常重要的耐腐蚀金属材料。镍基及铁镍基耐腐蚀合金的化学成分列于表1，哈氏系列耐腐蚀合金化学成分典型值列于表2。1/8镍及镍基合金焊材选用镍及镍基合金焊材选用 /8于奥氏体不锈钢与碳钢之间（哈氏合金除外），故很适于作这两类异种材质的焊接材料；除纯镍系外，其他镍基合金的热导率比碳钢低得多，其电阻却比碳钢高得多，这一点直接影响到镍基合金的焊接性及焊接规范的选择。在焊接热循环的作用下，镍几合金的热影响区发生组织变化，如晶界析出碳化物、晶粒长大、脆性相析出等，这些都对耐蚀性有严重影响。Ni-Cr、Ni-Mo和Ni-Cr

6、-Mo系合金都存在敏化区。在Ni-Cr系合金中，碳的固熔度是很低的，只要碳含量超过其固熔度，在热影响区的敏化温度内就有碳化物析出的可能，导致晶界出现贫铬，相应发生晶间腐蚀。碳含量越低，铬含量越高，晶间腐蚀敏感性越小。自熔焊或与母材同质的填充焊缝金属耐腐蚀性能不如母材。虽然与母材有相同的化学成分，但作为一种铸造的金属组织，焊缝熔敷金属的耐腐蚀能力往往低于母材，这是由于焊缝熔敷金属在凝固时合金元素的偏析造成的。焊缝是一种小的铸造结果，因没有经过加工变形，存在粗大的有害的树枝晶，在树枝晶有元素的微观偏析，这种偏析在熔焊中是不可避免的。合金元素的熔点不同，熔点高的M。、W先于熔点低的Ni、Cr凝固。在

7、焊接条件下熔池快速凝固、焊缝快速冷却，焊缝熔敷金属中出现合金元素呈梯度分布，即成分不均匀，因而，耐腐蚀能力也就不均匀，合金元素低的部分将先腐蚀。在多数情况下，对焊接结果进行焊后热处理或冷加工后退火，以恢复组织性能是不现实的。消除偏析影响的最佳方式是采用高合金化的焊接材料，如用Inconel622或Inconel625焊接含M。的奥氏体不锈钢（316、317）或高级奥氏体不锈钢Inconel25-6Mo或合金化程度较低的镍基合金Incoloy825、Incoloy20或InconelG-3等。用合金化程度最高的INCO-WELD686GPT焊接Inconel622、C-276,Hastelloy

8、C-22、C-2000、VDM59等。哈氏合金用焊材的选择列于表5。表5哈氏合金用焊材的选择哈氏合金焊丝(AWSA5.14)焊条(AWSA5.11)HastelloyCERNiCrMo-1ERNiCrMo-1HastelloyC-276ERNiCrMo-4ERNiCrMo-4HastelloyC-4ERNiCrMo-7ERNiCrMo-7HastelloyC-22ERNiCrMo-10ERNiCrMo-10HastelloyC-2000ERNiCrMo-17ERNiCrMo-17Haynes625ERNiCrMo-3ERNiCrMo-BNicrofer5923hMo.A110y59ERNiCr

9、Mo-13ERNiCrMo-13InconelAlloy686ERNiCrMo-14ERNiCrMo-14镍及镍基合金焊条主要根据母材的合金类别、化学成分和使用环境等条件选用。需要考虑的因素有：物理性能，线胀系数和热导率（或磁性的匹配）；力学性能，抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度或蠕变强度等；防腐性能，对电化学腐蚀及孔隙腐蚀的抵抗力；冶金学中的兼容和协调性（匹配性能）、可熔性及抗热裂纹的能力等。一般说来，焊条的主要成分和母材的主要成分应尽量接近，以保证各项性能与母材相当。但考虑到焊条的特殊要求，还应加入一些母材中没有或含量较低的元素，如Nb、Ti、Mo、Mn等。同类焊条达不到要求或没有类似成分的焊

10、条时，一般选用高一档次的旱田。其中焊接铁镍合金时（如Incoloy800H）,可选用银基合金焊条（如EniCrMo-3）。这样，焊条的成本岁高些，但能保证焊缝的使用性能不低于母材。镍和镍合金的焊接工艺及焊接坡口尺寸可参照镍铬奥氏体钢的焊接工艺标准，但焊接时应注意以下问题：镍及镍合金的导热性差，焊接时容易过热引起晶粒长大，焊接时不需要预热，应选用较小的电流，焊条不宜摆动过大，收弧时应注意添满弧坑，保持较低的道间温度，一般控制在150以下。镍非常容易被硫、铅脆化，形成热裂纹，所以，必须严格控制焊条的硫、铅等杂质含量，焊前应进行认真清理，去除母材表面的氧化物及油污、油漆灰尘等脏物。镍及镍合金焊接时气

11、孔敏感性强，焊条中含有适量的铝、钛、锰、镁等脱氧剂，操作时应注意控制弧长，以短弧施焊。熔融金属具有高的粘稠度，流动缓慢且熔深浅。这些不能简单地依靠增大焊接电流来解决，可适当摆动焊条，但摆幅不宜超过焊条直径的3倍，在焊道两侧的停留时间稍长，以避免咬边及夹渣，且坡口角度宜从一般的600增加到700-800。由于镍基合金的金相组织都是纯奥氏体，很容易产生热裂纹，因此角焊缝必须焊成凸形，而凹形焊道容易开列，这一点与其他种类的焊条不同。由于镍基合金价格昂贵，使用受到限制，国内焊材厂生产的品种也较少，故在此列出国外有关厂商的镍基合金焊条、焊丝及药芯焊丝的牌号对照（见表6表8），供参考。镍基合金焊条的选择可

12、参照表9，镍基合金焊丝的选择可参照表10。表6国外镍合金焊条牌号对表AWSA5.11合金类型德国(UTP)美国(Oxford)美国(SMC)英国(Metrode)美国(Arcos)美国(Techalloy)德国(Thyssen)中国（锦泰）ENi-1NiTi3Alloy141Nickel141Nimrod200TiTECH-ROD141JNi-96ENiCu-7NiCu30Mn80MAlloy190Monel190Nimrod190Arcos9N10TECH-ROD190JNi-60-7EcuNiCu70Ni30387Alloy187Monel187CuprometN30Arcos803TEC

13、H-ROD187ENiCrFe-1NiCr15Fe10Nb3Alloy132Nimrod132KSJNi-70AENiCrFe-2NiCr16Fe12NbMo7015MoAlloyAINCO-WELDANimrodAKS/ABNimaxAArcos4N1ATECH-RODWeldAJNi-70BENiCrFe-3NiCr20Mn3Nb/NiCr15Fe6Mn7068HH/7015Alloy182Inconel182Nimrod182/182KSNimax182Arcos8N12TECH-ROD182Nicro82/182JNi-70CENiCrFe-4NiCr15Mo3Fe7Nb7017MoE

14、NiCrFe-7NiCr29Fe9Nb6230MnInconel152Nimrod690KSArcos352690ENiMo-3NiCr22Mo9Nb6222MoENiMo-7NiMo28703KbAlloyB-2NimaxB2LENiMo-10NiMo30Cr2Fe2AlloyB-3ENiCrCoMo-1NiCr21Co12Mo6170co,6122COAlloy117Alloy117Inconel117Nimrod617KSArcos617TECH-ROD117617ENiCrMo-2NiCr22Mo9Fe18WAlloyXENiCrMo-3NiCr20Mo9Nb6222MoAlloy11

15、2Inconel112Nimrod625/625KSArcos1N12TECH-ROD112625JNi-60-3ENiCrMo-4NiCr15Mo15Fe6W4776KbAlloyC-276INCO-WELDC-276NimrodC276/C276KSArcosC-276TECH-ROD276NimoC276JNi-60-4ENiCrMo-5NiCr15Mo16Fe5W4AlloyCNimrodCENiCrMo-6NiCr15Mo8Fe16WNb7013MoAlloyNi-9NimrodNCM613/65TTW150ENiCrMo-7NiCr16Mo15Ti704KbAlloyC-4Nimr

16、odNC19MoNimrodC4KSNimoC/CWENiCrMo-10NiCr21Mo13W3722KbAlloy112Inconel122NimrodC22KSArcosC22TECH-ROD22ENiCrMo-11NiCr30Mo5W3NbAlloyG-30Nimrod59KSENiCrMo-12NiCr21Mo9NbAlloyP-12ENiCrMo-13NiCr23Mo16759KbAlloy59ArcosAlloy59ENiCrMo-14NiCr21Mo16W4INCO-WELD686CPTNimoC24高温合金NiCr25Fe30Mo4255Cr21Ni33Mn4Nb2133MnThermet800NbCr25Ni35Nb2535NbThermet25.35Nb/HP40NbCr30Ni33W43033WCr35Ni45Nb(C0.45)3545NbThermet35.45NbCr25Ni49W42949WAlloy22HNiCr25Fe10AlTiZr6225AlCr25Ni35Co15W5ThermetHP50WcoENiCr-4NiCr50Nb5048NbNimrod