在金属焊接过程中,热裂纹是一个常见的焊接缺陷,会对焊接接头的力学性能和耐久性产生负面影响。
针对镍合金材料的焊接,常用的焊接方式包括渣芯焊和导线焊渣芯焊,而镍6625型渣芯焊接的热裂纹问题存在一定的差异。
研究发现,镍6625型渣芯焊接相比导线焊渣芯焊接,存在热裂纹产生的潜在问题,并提出了相应的解决策略。
镍基合金的焊接往往有问题,因为它们对热裂纹的发生和焊接中缺乏融合很敏感。
众所周知,热裂纹行为受冶金、焊接方法和结构力学三个因素的影响。
高温裂纹分离敏感性高的冶金。原因主要是镍基合金表面中心立方晶格结构中,硫、磷、硼等污染元素溶解度和扩散速率低。
分离和低熔合相的数量和形态影响热裂纹,大量的污染元素增加了热裂纹的风险。
材料中的包裹体对,晶界膜的形态和晶粒尺寸也有良好的影响。
在某些情况下,更精细的凝固结构和不需要的污染物。从膜向球状的过渡甚至可能增加热裂纹的抵抗能力。
镍基合金热裂纹敏感度高的其他原因有:热裂纹温度范围内的高热膨胀和低热导率,导致更大的应变和收缩反应。
焊接金属的大部分细胞凝固,支持分离引起的热裂纹的形成,高温低延性,导致较高的热应力。
镍基合金的其他典型焊接缺陷,是缺乏融合或孔隙。
由于极粘的熔体和相关的笨拙流动和润湿行为,导致了熔合的缺乏,焊接侧足够高的温度在这里有有利的影响。
填充金属的化学成分从冶金的角度,镍基合金的纯度据说对材料和焊接性能有重大影响,从而对热裂纹的趋势有重大影响。
使用基本的煤焦导线,热裂纹支承元素,如硫、磷和硼与矿渣反应,可以降低。
由于还原效应,与金红石渣相比,基本的熔渣导线应能带来显著的效益。
低氧含量的焊丝的焊接金属,导致较少的氧化性夹杂物和更好的机械性能。
在ISO12153中,用软木处理的电线标准化了,与实心电线相比,电焊电线具有一些技术上的好处。
这包括简单处理焊工,高焊接过程稳定性。
即使没有脉冲弧技术,一个大的参数窗,使用低成本标准混合气体和焊接电源,非常低的焊接氧化和深度渗透。
对于含有固体导线的GMAW,使用了含有最大氢(最大氢)的特殊氦和氦混合气体,2%)和低成本 2添加0.05%,基本FCW的焊接与实心导线的焊接一样,最好是在1F/1G、2F的位置。
相反,慢慢凝固的金红石渣与字母R允许焊接在1F/1G、2F和2G的位置和3G/5G的垂直位置,用快速凝固的金红石渣和字母P,可以在所有位置焊接。
为了进行这项研究,电极片通过使用弧度重熔到一个惰性大气炉的按钮上,在FCW的情况下。
由于矿渣的形成,熔炼过程必须重复几次,而一个熔炼过程对于固体导线来说就足够了。
采用屏蔽气体(M21和Z)生成了六层沉积焊,通过光谱分析,测定了按钮和纯焊接金属样品的化学成分。
采用气体聚变分析法(GFA)测定了纯焊接金属样品的氧、氮、碳和硫的含量。
用EXS对按钮渣进行了分析,按钮的渣必须用自动黏附碳垫固定在样品架上,为了确定与质量有关的灌装程度,灌装用机械方式将其与带材分开,然后称重。
然后根据填充物的重量和填充金属的总质量计算填充程度,电极效率也是由焊丝质量和焊接金属质量的商数决定的。
20克未处理的填充金属,被使用按钮-熔化技术重熔,当渣从按钮上小心地移开后,质量的差异就可以确定了。
利用外应力和自应力焊接试样,采用多种方法对废旧焊接耗材的热裂纹趋势进行了评价,程序化变形率试验,其试验原理用于外应力热裂试验。
在PVR试验过程中,焊接是在纵向焊接方向上,用平面增加拉伸变形的平面进行覆盖,第一次发生热裂纹的PVR样品上,位置与临界变形速度一致。
一般来说,临界变形速度越高,热裂纹阻力越大,在我们的研究中,PVR测试是在图中突出显示的两个修改的变体中进行的。
在第一个变体中,一个GMAW微珠焊接在一个5毫米厚的合金625片上的缺口上,有了这个变体,只有将FCW与其他的FCW进行比较才有意义。
因为尽管焊接参数是恒定的,但每个长度单位的热输入是不同的。
其原因是金属条的比例和填充部件的不同,导致FCW的特殊材料阻力不同,为了使焊接参数恒定,并尽量减小工艺影响。
根据ISO15792-1标准,用GTAW重熔纯焊接金属进行了PVR试验。
第二个变量的优点是只研究了焊接金属的化学成分,对热裂纹趋势的影响, 列出焊接参数和样品尺寸。
微观结构分析除了PVR试验外,所有的焊接都进行热裂纹试验,由于部分粘渣,没有渗透试验是有用的FCW焊接。
在抛光条件下,对横截面进行了检查以确定热裂纹,为了更好地观察热裂纹,首先对横截面进行了穿透试验。
裂纹数目(n) 血红蛋白 然后用立体显微镜测定长度,总结裂纹的长度,并与确定的测量面积有关(L) 血红蛋白 多台M/mm 2),应将自应力样品作为一种趋势加以评价。
因为焊接金属块的制造无法完全一样,因此会产生应力水平的差异。
为了研究其特征辐射,采用EDAX硅(LI)探测器,非熔化FCW在导电材料中交叉分段和热安装,然后在BSE图中以高达200倍的放大率显示。
在Z对比度的基础上,确定了填充过程中的单个测量点,并利用EX对其组成进行了定性测定,个别测量点主要是较大的颗粒(合金元素)。
为了检验较小的微粒,调整区域100米 2对其进行了扫描,并对其成分进行了定性检查,由于信息量低,对灌装部件进行定量检验是没有用的。
对6层沉积焊接和陡峭侧缝进行了激光-EXX-500放大的抛光截面的研究,在焊接金属内部的五个不同位置记录了氧化物包裹体,氧化物包裹体即使在x250倍的放大率下也经常可见。
所有的EX测试都使用25kV的励磁电压,利用雷姆-菲布双波束(FY-SIDOS)和ATETK-EDAX对材料进行了WDX粒子的研究。
在扫描电镜上的背散射电子图像(BSE)中,所有FCW渣的灰度值不同,表明填料的化学成分多种多样,所显示的数量值并不代表绝对值,因此它们仅用于定性比较。
除合金元素外,还发现了典型的碱性和金红石渣形成剂、稳定弧和还原元素, 概述了填充元素及其功能。
使用的镍6625型填充金属在化学成分方面仅略有差别,FCWT-镍6625P**的铬含量最低,而且镍含量最高,而T-镍6625P的铬含量比其它电线高2%。
除TNI6625P的溴代及NB含量外,所有数值均在相应的ISO标准12153的指定数值范围内。
化学成分的结果表明,在所有焊丝的焊接过程中,合金元素没有明显的燃烧损失或吸收。
只有在一些粘芯导线中才能确定NB的最小燃烧损失,这并不导致大幅削减限额。
介绍了NB含量对镍基合金热裂纹敏感性的影响,由于NB含量无显著差异,因此假定对热裂纹趋势无影响。
表中显示了根据D至ISO6847方法测定的沉积焊接的氧、氮和硫含量,由于熔渣与焊接件焊接过程中发生的反应。
FCW的焊接金属含氧量在665-1195百万之间增加,这可能导致氧化物包裹物的外观增加。
基本的FCW的纯焊接值,往往略低于类似的金红石FCW,与预期相反,对纯焊接金属的查比冲击试验,没有显示出任何明显的优势。
与基本的熔芯导线相比之下,实心丝焊接在22百万分之一时氧含量显著降低,冲击韧性最高。
在固体电线中没有发现硫,只有碱性FCW的硫含量增加了0.021%,高于纯镍的可溶性限额0.005%,剩余的镍在新谢克尔中沉淀,氮素水平除TNi6625P*外无显著差异。
热裂纹敏感性评价为确定变式1(FCAW)PVR试验中的外部可见热裂纹,必须在不损害表面的情况下清除强粘渣成分。
随后用液氮和同时用机械刷牙对样品进行处理,使之成为可能,检测到的外裂纹仅为凝固裂纹,基本FCW的焊珠出现凝固裂纹的趋势最高。
在板面上磨碎了焊珠,以确定内部热裂纹的临界变形率,内部裂纹的发生时间比外裂纹晚,渣对热裂纹趋势没有显著影响。
在渗透试验和立体显微镜的帮助下,可以直接检测GTAW重熔纯焊接件(变体2)样品的PVR试验是否存在热裂纹。
实心导线有最高的热裂纹,当比较不同类型的矿渣时,无法确定碱性FCW的热裂纹阻力是否较高。
除了形成低熔合相外,高硫、氧或氮含量也会导致焊接池表面的高温梯度,从而导致马兰戈尼效应。
由此产生的越来越深、越来越紧的接缝,由于向内凝固,往往会在接缝中间积累污染物,并可能对热裂纹的敏感性产生负面影响。
在从FCW重熔出来的纯焊接金属表面发现了氧化物和凹凸缝,这表明熔体的粘度降低了。
以陡峭侧缝纯焊接金属为基础,以典型的方式,展示了高含氧量与氧化物包裹体的相关性,EX研究表明,包裹物主要是混合氧化物,有时也是微孔。
氮素含量来自于合金的类型,取决于制造商,没有特殊的特点,基材FCW的纯焊接含硫量最高,不受合金影响,而实心线含硫和碳含量很低。
我们还通过光学显微镜在陡峭的单V对偶焊接的抛光横截面上发现了灰色颗粒,并进行了硬度测量,测定的硬度值在117hv0.1和131hv0.1之间,灰色颗粒与周围基质之间没有显著差异。
在某些颗粒的过渡区,硬度增加到168hv0.1,为了获得更详细的信息,,该颗粒由纯钛组成,不存在怀疑的硫含量。
假设在FCW填料中发现并引入了作为合金元素的溴颗粒,在熔化过程中只能缓慢溶解。
在2623℃时,钛的熔点非常高,而且可能没有在弧内完全熔化,因为在FCW条上的弧向上燃烧,渣可能具有图中所示的隔离效果。
这种假设还得到了这样一个事实的支持,即在有实心导线的焊接中无法找到任何含铜物。
除了少数例外情况,这些考试的关联性很好,根据总电平率,可以得出固体钢丝S镍6625具有最高的电阻和最基本的FCW具有最低的热裂纹电阻的结论。
相比之下,无论制造商是谁,金红石FCW都处于中间。
确定氧、纯焊接金属中硫含量、横截面上发现的溴颗粒数与热裂纹趋势的相关性,括号中的数字包含了图中可见的有根本裂纹的硅颗粒数。
发现的溴代颗粒与热裂纹敏感性之间存在明显的相关性,由于仅在10%的溴代颗粒中发现裂纹,所以不会是导致这些FCW的热裂纹敏感性,高于实心导线的唯一原因。
焊接耗材的特性分析表明,所有的焊丝都是固定的,只有重叠长度不同。
结果表明,电极的填充度为18-24%,电极效率为90-3%,对于FCAW的焊接冶金工艺,无论使用的焊接消耗品和屏蔽气体,都不会发生严重的燃烧损失和合金元素的回收。
PVR试验的结果取决于所用的变异,可以指出,实心导线的纯焊接具有最高的热裂纹阻力,这也与自应力热裂纹试验结果相关。
与最初的假设相反,在变1(FCAW焊珠)的PVR试验中,基本FCW出现热裂纹的趋势更高,相比之下,所有焊接消耗品的纯焊接金属PVR样品的GTAW重熔结果在FCW上没有显著差异。
自应力和外应力热裂纹试验的结果与测定的硫含量几乎相关,在纯焊件中,固体导线的热裂纹敏感性最低,硫和氧含量最低。
这与基本的熔丝形成了鲜明的对比,它的硫和氧含量最高,对热裂纹的敏感性也最高,可以假定与碱性矿渣组分的反应,不足以从熔体中去除所有支持硫的热裂纹。
这可能是因为熔胶导线的填充程度太低,所以反应可能不完全。
慢动作视频显示,带流条在填充前融化,使通过滴不被矿渣覆盖,化学反应(金属/矿渣)只发生在相对冷的熔化浴中。
纯焊接金属中所定位的钛颗粒是影响热裂纹敏感性的进一步因素,因为当考虑到填充金属时,其数量也是相关的。
结论因为镍6625型渣芯焊接和导线焊渣芯焊接中的热裂纹形成机制略有不同,故而在渣芯焊接中,热裂纹主要由于焊缝区域温度梯度和残余应力引起的。
而在导线焊渣芯焊接中,热裂纹主要由于焊接过程中的冷却速率不均匀引起。
研究这些区别有助于更好地理解焊接过程中的热裂纹形成机制,为提高焊接质量和可靠性提供指导,但仍需进一步探索新的预防措施和优化焊接工艺,以减少热裂纹的发生风险。
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