鎳基合金在異種鋼焊接中的應(yīng)用

1、異種鋼焊接過程中存在的主要問題

異種鋼焊接，通俗的來講，即不同種材質(zhì)的鋼材通過焊接方法熔融在一起的過程成為異種鋼焊接。異種鋼焊接接頭和同種鋼焊接接頭有本質(zhì)差異，主要是熔敷金屬與兩側(cè)焊接熱影響區(qū)和母材存在的不均勻性，異種鋼焊接時(shí)由于選擇的焊材與母材不同，要推算焊縫金屬的成分、組織及性能。焊接電孤的熱傳導(dǎo)溫度場；焊接接頭金相組織和性能；焊接性試驗(yàn)和工藝認(rèn)可試驗(yàn)；船舶高效焊接用的設(shè)備和相應(yīng)的高效焊接技術(shù)；各種金屬材料的焊接工藝；石油化工、大型梁和柱、壓力容器制造、海洋工程管結(jié)構(gòu)和船體結(jié)構(gòu)的金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝都是異種鋼焊接的范圍，下面就對異種鋼的焊接過程中存在的問題進(jìn)行分析。1.1焊縫金屬稀釋

異種鋼焊接時(shí)存在焊縫合金成分與焊縫周圍金屬的差異，母材融化量與母材的厚度、焊縫大小和形狀、電弧電壓、焊接位置以及焊接速度等因素有關(guān)，在不同種鋼材進(jìn)行焊接時(shí)，母材融化區(qū)域和熔敷金屬互相稀釋的作用將發(fā)生改變，造成焊接接頭部位化學(xué)成分改變，接頭化學(xué)成分不均勻，引起焊縫處金屬組織發(fā)生變化，從而影響焊接接頭的質(zhì)量。若將鎳基合金作為隔離層應(yīng)用到焊接工藝中，可以阻止金屬化學(xué)成分的變化，并調(diào)控焊縫周圍溫度，避免焊縫金屬稀釋。1.2接頭殘余應(yīng)力

異種鋼之間金屬組織的差異導(dǎo)致二者線膨脹系數(shù)不同，同時(shí)接頭位置還存在塑性差異和導(dǎo)熱性差異，會(huì)在焊接時(shí)造成熱循環(huán)溫度場的反常，使得焊接接頭存在殘余應(yīng)力，影響接頭部位的穩(wěn)定性，影響焊接部件的使用壽命。1.3碳遷移

熔池內(nèi)部與邊緣處發(fā)生填充金屬與熔化的母材金屬混合，但是混合情況存在一定的差異，不完全混合區(qū)域出現(xiàn)在焊縫邊界處，在異種鋼一邊出現(xiàn)脫碳層，另一邊出現(xiàn)增碳層，影響焊接結(jié)構(gòu)的可塑性和持久性。增加焊縫部位鎳元素的含量，可以通過石墨化作用有效抑制碳化物的形成，從而避免碳遷移形成擴(kuò)散層。2、異種鋼焊接過程中問題的解決對策

上面對異種鋼焊接過程當(dāng)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題進(jìn)行了介紹。在實(shí)際的施工環(huán)節(jié)當(dāng)中，如果在焊接過程中異種鋼發(fā)生問題，將會(huì)影響到整個(gè)焊接的質(zhì)量，對整個(gè)施工的質(zhì)量也會(huì)帶來很大的影響，所以對其中存在問題進(jìn)行研究和解決是十分必要的。首先要注意的問題就是對于焊縫金屬稀釋這一問題，通常情況下，在對異種鋼焊接時(shí)，焊縫合金的成分會(huì)與周圍的金屬成分存在著一定的差異，并且受到一些因素的影響，在焊接時(shí)焊縫金屬受到稀釋，就容易發(fā)生變形。稀釋過程中焊接部分的成分也將發(fā)生改變，并且導(dǎo)致了這些成分分布十分不均勻，從而引發(fā)了焊縫處金屬的組織發(fā)生了改變，影響到整體焊接的質(zhì)量。所以將鎳基合金應(yīng)用到焊接工藝當(dāng)中，作為焊接時(shí)焊縫與焊頭的隔離層可以使金屬化學(xué)成分的變化問題得以有效的解決。并且會(huì)對焊縫周圍溫度加以控制，從而保證了金屬不被稀釋。所以使用鎳基合金在異種鋼焊接過程當(dāng)中，會(huì)有效的避免焊縫金屬稀釋以及化學(xué)成分改變所帶來的影響。

對于焊接接頭當(dāng)中存在殘余應(yīng)力這一問題也要進(jìn)行有效的解決。因?yàn)樵诋惙N鋼焊接過程中，金屬之間存在著差異，導(dǎo)致了焊接時(shí)兩者膨脹系數(shù)發(fā)生改變而存在不同。這樣就會(huì)使其在實(shí)際的工作過程當(dāng)中出現(xiàn)熱循環(huán)異常的問題，接頭位置的導(dǎo)熱性能和金屬之間就會(huì)存在著一定的差異，使得焊接接頭出現(xiàn)殘余應(yīng)力，影響了焊接過程中焊接頭部的穩(wěn)定性能，對焊接部件的使用壽命也會(huì)帶來一定的影響。所以去除接頭殘余應(yīng)力，將會(huì)有效地提高焊接部分的使用壽命和質(zhì)量，使用鎳基合金當(dāng)做焊接材料可以有效的提升金屬與接頭之間的性能差異。減少接頭部分所存在的導(dǎo)熱性，從而使其在焊接過程當(dāng)中熱循環(huán)環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)問題。保證了焊接接頭殘余應(yīng)力的同時(shí)，對整個(gè)接頭部分的穩(wěn)定性和焊接過程中的質(zhì)量和效率帶來更好的提升。所以，在異種鋼焊接過程當(dāng)中，應(yīng)用鎳基合金將會(huì)有效地解決接頭殘余應(yīng)力這一問題。

在異種鋼焊接過程中，碳遷移問題也很容易出現(xiàn)。碳遷移問題產(chǎn)生的主要原因就是溶池內(nèi)部與邊緣的金屬影響之下發(fā)生融化，金屬材料與液體相互混合。這就使得碳含量在異種鋼接頭部分存在著一定的差異，導(dǎo)致了在焊縫邊界處出現(xiàn)了不完全縫合部分。從而出現(xiàn)了脫碳層和增碳層，這兩部分將對焊接的結(jié)構(gòu)帶來質(zhì)量上的影響。而有效地使用鎳基合金，可以減少碳遷移現(xiàn)象的出現(xiàn)，對碳遷移而產(chǎn)生的碳化物形成起到一定的抑制作用，避免了碳遷移之后所形成的脫碳層和增碳層的出現(xiàn)，對整個(gè)焊接的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量帶來更好的提升。3、異種鋼焊接工藝

用常見的奧氏體不銹鋼與低合金耐熱鋼作為異種鋼進(jìn)行焊接操作，在低合金耐熱鋼中，鉻元素和鉬元素的含量相對較高，需要在焊接之后做好相應(yīng)的熱處理工作以穩(wěn)定接頭的性能和組織，抑制空淬傾向。然而焊接之后的熱處理工作容易造成奧氏體不銹鋼的耐蝕性功能變差，導(dǎo)致焊接接頭處出現(xiàn)裂紋，影響接頭穩(wěn)定性。所以在焊接過程中可以使用含有鎳元素和鉻元素較高的合金材料，來抑制碳遷移作用，避免焊縫金屬稀釋同時(shí)降低接頭應(yīng)力，保證焊接效果。

首先，使用焊條電弧焊或鎢極氬弧焊在異種鋼間堆焊鎳基合金材料隔離層，在通過質(zhì)量檢驗(yàn)之后，進(jìn)行專業(yè)熱處理工作，消除殘余應(yīng)力。之后，選用焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊將奧氏體不銹鋼和低合金耐熱鋼焊接起來。4、鎳基合金的焊接特點(diǎn)和應(yīng)用效果

鎳基合金的焊縫金屬組織成分單一，液相流動(dòng)性較差，為奧氏體組織，在焊接過程中的熔深較淺，容易出現(xiàn)小氣孔和微小的熱裂紋，影響焊接質(zhì)量，因此在焊接之前需要做好準(zhǔn)備工作，購買高質(zhì)量的鎳基合金材料，根據(jù)異種鋼材性能和焊接質(zhì)量要求選擇合適的鎳基合金進(jìn)行操作，并在工藝進(jìn)行之前嚴(yán)格徹底地清潔好焊絲和工件，避免雜質(zhì)影響焊接效果。在焊接期間，需控制熱輸入量的大小，避免接頭高溫時(shí)間過程，以提高接頭的耐腐蝕性，較少并控制裂紋數(shù)量。焊接時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的焊接速度，不宜過快，選擇窄焊道的工藝來焊接，采用短弧進(jìn)行TIG焊和電弧焊，控制層間溫度在100℃之下，避免過高引起焊縫膨脹影響焊接效果。

首先在使用焊條電弧焊對異種鋼進(jìn)行加工時(shí)，鎳基合金材料需要安置隔離層。在安裝隔離層的過程中，要對隔離層的質(zhì)量進(jìn)行專項(xiàng)檢驗(yàn)。當(dāng)隔離層通過檢驗(yàn)之后，需要進(jìn)行專業(yè)的熱處理來對其進(jìn)行處理。處理的目的是消除隔離層當(dāng)中存在的殘余應(yīng)力。進(jìn)行了熱處理工作之后，要選用焊條電弧焊和手工鎢極氬弧焊來將奧氏體不銹鋼和低合金耐熱鋼焊接起來。在實(shí)際的焊接操作過程當(dāng)中，應(yīng)按上述介紹的先后順序依次進(jìn)行操作。在對隔離層進(jìn)行焊接時(shí)，對電弧焊和手工鎢極氬弧焊的焊材使用一定要加以重視，按照材料型號對焊材進(jìn)行應(yīng)用時(shí)也要注意一些問題。

首先焊材的使用一定要滿足國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，本文在對隔離層進(jìn)行焊接時(shí)，通常要選用鎳基焊材。鎳基焊材（焊絲和焊條）的金屬成分一定要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。隔離層在進(jìn)行焊接時(shí)，焊材的選用和控制是十分必要的。因?yàn)槿绻覆某煞诌x擇不當(dāng)，將會(huì)造成一些精度上的誤差。在對隔離層電焊條進(jìn)行焊接過程當(dāng)中，電流的大小和極性務(wù)必要符合要求。選用鎳基焊材進(jìn)行焊接，不但會(huì)使隔離層的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，還會(huì)使整個(gè)焊接接頭的質(zhì)量得到提升，對異種鋼焊接的發(fā)展帶來更好的幫助。同時(shí)還會(huì)保證焊接接頭的質(zhì)量和施工過程當(dāng)中的安全性，并且保證了焊接接頭的使用壽命和使用的效果。

在焊接完成之后，根據(jù)試件焊接接頭的相關(guān)檢測要求對接頭進(jìn)行了100%射線檢測，并根據(jù)相關(guān)鋼容器質(zhì)量評定要求，對焊件進(jìn)行沖擊