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镍合金焊接及焊材
来源: | 作者:zhongyouhc | 发布时间: 2017-03-25 | 871 次浏览 | 分享到:
近50年来,应用技术的权威统计数字显示:镍合金焊材、工艺及其应用,正以每年6%的平均增长率进入全球众多的工业领域!因此,当前焊接界流行着这样一种说法:镍合金焊材及工艺是继碳钢和不锈钢之后又一个焊接技术高地。
      近50年来,应用技术的权威统计数字显示:镍合金焊材、工艺及其应用,正以每年6%的平均增长率进入全球众多的工业领域!因此,当前焊接界流行着这样一种说法:镍合金焊材及工艺是继碳钢和不锈钢之后又一个焊接技术高地。这是由于冶金技术飞速发展,加快了各类更纯净元素的出现和应用,同时镍基材料的品种和品质的更是不断更新,使镍合金焊接完全突破了传统上“低热量输入”的禁区;在国外采用Mig或Tig工艺的焊接机械手,可以7-9公斤/小时的熔敷率,以超过1米/分的速度完成各种复杂的焊接任务。以下简单介绍镍合金焊材在众多工业领域中的应用:
        1. 石油、天然气和海洋石油业方面的应用
 
        随着全世界能源、以及合成石油产品方面需求的不断扩大,因此对原油的需求也日益增加。但是原油本身含有众多的污染物质,勘探原油的设备需要在十分恶劣和污染的环境下长年累月的工作,并且不可能经常性地进行维护及更换。以酸性原油为例,在高温高压下它们经常含有硫化氟、硫、二氧化碳和亚氯化盐等。目前的对策是使用更多的耐腐蚀合金(通常是镍-铬-钼合金)来制作相关设备。但由于这些材料的价格都相当昂贵,我们可以采用堆焊来降低成本。例如可以利用铁基材料(如AISI4340)强度大的特点来制作结构件,再用镍-铬-钼合金制作的堆焊层来提高抗腐蚀能力。可以供该领域客户选用的此类焊材有:NiCrMo-3(商品号INCONEL®625), NiCrMo-4(INCO-WELD®C-276), NiCrMo-10(INCONEL®622)以及迄今为止耐蚀能力最强的NiCrMo-14(INCO-WELD®686 CPT)。
 
        潜水球阀的剖截面。用INCONEL®625堆焊,可以防止H2S所造成的应力腐蚀开裂。所谓的”内腔堆焊”(Bore Clad,或简称BC)是指对阀门,接口件或任何与原油接触部件的内表面进行堆焊工艺。内腔堆焊的焊丝都是经过特别设计的;它们有很好的抗张强度,同时在拉丝时本公司采用特殊工艺来改进从送丝机构到引弧点之间的送丝效果,以保证这种焊丝在任何一种焊接工艺中都可以达到稳定高效的焊接结果。用镍基材料INCONEL FM®625对深海潜水泵球阀的内表面进行堆焊以防止腐蚀。以上介绍的用镍合金堆焊层防止腐蚀的做法在石化以及传统化工领域中已有日益广泛的应用。
        2. 火力发电厂的烟气脱硫系统(即FGD系统)
        随着我国经济的高速发展,及对环境保护的日益重视,国家电力部门已对各火电厂污染性烟气排放制订了越来越严格的环保标准。而烟气中主要污染源是SO2,要除去SO2通常要通过一个称为烟气脱硫的系统(Flue Gas Desulfurizer,简称FGD系统)。
FGD系统冲洗装置内景(加拿大安大略水电站)。在FGD系统中由于不断使用石灰水冲洗会产生的腐蚀效应以外,此外整个系统在长期使用期间会产生许多附着在金属表面的沉积物。并因此产生小孔和缝隙腐蚀的,所以我们必须为FGD系统选择一种和基材(base metal)之间存在一种“超级亲和关系”并具有良好防腐性能的焊材。这里有二个基本理由;①第一个理由:由于整个焊接区域的微观结构,十分类似于铸件,是一种分枝状晶体。它的化学微观偏析和它的分枝状晶体结构是成比例的,同时它的微观偏析以又和该区域内的小孔和缝隙腐蚀密切有关,因此我们在为FGD系统选择焊材时必需包含抗腐蚀性能好的元素,如铬、钼、钨等。②第二个理由:我们用合金和钢基复合板制造容器时,使用具有“超级亲和作用”的焊材就更为重要,这是因为复合板材钢基材料一定会稀释(dilute)焊层中抗腐蚀作用强的元素。由于以上这个原因我们经常会采用本公司的INCO-WELD®686 CPT(NiCrMo-14)来代替有C-276来焊接带C-276 堆焊层的钢板。同时在制作这类FGD系统时通常会采用高效率焊接工艺并要求进行全位置焊接,这样做的结果使焊接后稀释的情形很小(稀释率—dilution很小)防腐效果很好。这里介绍的防腐蚀机制在一些大型的垃圾焚烧系统中同样适用。
        3. 核能发电设备
       核能发电的心脏部位是蒸汽发生器及反应堆。蒸汽发生器是一座巨型有上千支U型管的管板热交换器。所有这些热交换管全部平行地插入一片巨大的管板上,其直径为4,500mm,厚度达到500mm。而所有这些管和板的接缝处都要求致密的焊接在一起。用来焊接这些接缝口的焊材是含30%铬的合金(NiCrFe-7商品号INCONEL®52)。采用这种材料主要为了防止在纯水的环境下所产生的晶间应力腐蚀开裂(IGSCC)。
我们通常用高熔敷效率的Mig焊来做这些管板的堆焊。有时也可以用30mm宽的焊带,并采用埋弧焊工艺来进行堆焊,这两种堆焊都可以达到6-12公斤/小时的熔敷效率,在一些不易实现自动化的操作的场合(如核电站现场的维修保养),则可以采用含30%铬涂层的INCONEL®152焊条来完成此类工作。
       4. 汽车工业
       焊接机械手在汽车排气系统上进行多焊道焊接,然后变位器把工具旋转45°使机械手可以进行另外二道的焊接镍合金焊材目前也开始进入一些新兴的工业领域,如在汽车工业中的一些全新的应用;目前在使用低硫燃料的汽车上都装有用来处理废气的催化转换装置。这种装置经常会因为环境温度较低,或汽车刚刚发动时热量不足而处于不工作状态。所以专家们面临的一个课题是尽量使催化器的位置靠近汽车排气系统,以排放废气所附带产生的热量来使催化器尽快进入运行状态。其中一个最有创意的设计就是把不锈钢制造的催化器直接焊在铸铁的排气管上! 为了将400系列的不锈钢和硅钼铸铁相焊接,本公司专门研发了一种镍铁铬铌的焊接材料— NI-ROD® 44 HT填充金属来实现这种应用。这种新技术已经在实现汽车的低废气排放、静音及低成本高效制作方面发挥了功效。考虑到我国汽车的年产量即将达到400万辆,可以想象这一技术的推广可以产生何等巨大的经济效益  。
        5. 其他应用
       镍合金材料的又一个重要应用领域是耐高温;如为了适应在航空,航天器发动机内极高温及抗蠕变的要求,
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