高溫合金焊接性的影響

高溫合金的化學成分，隨著使用溫度的升高，變的愈來愈複雜，因而焊接時越來越困難。影響焊接性能的四大因素是材料因素、設計因素、工藝因素和服役環境。高溫合金的焊接性是指在某一焊接工藝條件下，對合金產生裂紋的敏感性、焊後接頭組織的均勻性、焊接接頭力學性能和採取工藝措施的可行性的綜合評價。高溫合金的焊接性主要受下面幾個因素影響：

(1) 高溫合金的焊接裂紋敏感性。

在高溫合金焊接過程中，出現的焊接裂紋通常有熱裂紋和再熱裂紋，其中熱裂紋分為結晶裂紋和液化裂紋，再熱裂紋主要是指應變時效裂紋。液化裂紋和結晶裂紋形成機理相同，都是由於晶間存在脆弱低熔相或共晶，在焊接產生的高溫條件下承受不了力的作用而開裂。兩者的區別在於結晶裂紋是液態焊縫金屬在凝固過程中形成，而液化裂紋則是由於固態的母材在熱循環的峰值溫度作用下使晶間層重新熔化後形成的。應變時效裂紋一般在沉澱強化高溫合金的焊接後進行時效處理時或者焊後在高溫使用時產生。由於沉澱強化高溫合金晶體內部由於g′的大量析出得以強化，而晶界強度在高溫環境時一般低於晶內強度，加上雜質元素偏聚的不利影響，晶界進一步弱化，從而在晶界發生塑性變形，增加了應變時效裂紋產生傾向，當晶界的實際變形量超過其塑性變形能力就會產生應變時效裂紋。

(2)焊接接頭組織的不均勻性。

高溫合金焊接接頭組織呈現明顯的不均勻性，並且由於化學成分和焊接工藝的不用而明顯不同。固溶強化高溫合金的組織比較簡單，這類合金焊接後，焊縫金屬由變形組織轉變為鑄造組織。由於焊接熔池降溫速度快，焊縫金屬會因晶內偏析形成層狀組織，偏析嚴重會在枝晶間形成共晶組織。焊接接頭熱影響區產生沿晶界的局部熔化和晶粒長大，如固溶強化高溫合金GH1015、GH1016和GH1140就具有比較好的焊接性，焊縫組織細小。相比而言，沉澱強化高溫合金和鑄造高溫合金的組織就比較複雜，焊縫和熱影響區的組織成分都比較複雜。焊縫金屬在焊接過程中經歷了熔化凝固的過程，原來的g′相、碳化物相等均溶入基體中，形成單一的g固溶體。焊縫金屬冷卻速度快，容易形成橫向枝晶很短主軸很長的枝狀晶。在枝狀晶和主軸之間會出現較大的成分偏析，從而在焊縫中出現共晶成分。在熱循環周期性很大的熱影響區會引起強化相g′溶解，碳化物相變，從而使熱影響區的組織變的十分複雜，影響高溫合金的性能。如GH4169母材晶粒細小，多為等軸晶，屬於變形合金組織。焊縫組織與母材完全不一樣，樹枝組織明顯，枝晶軸垂直於焊縫。這種焊接接頭組織對拉伸性能影響不大，但是能明顯降低持久和疲勞性能。

(3)焊縫接頭的等強性。

高溫合金的服役環境一般要承受高溫和應力的同時作用，因此要求高溫合金焊接接頭應具有良好的高溫強度、塑性、低周疲勞性能以及良好的抗氧化耐腐蝕作用。同時希望焊接接頭的強度與母材一樣，即焊接接頭的等強性。通常高溫合金在焊接中遇到的主要問題，除了焊接中或焊後出現的裂紋和微裂紋，另一個就是力學性能的降低。焊接一般會使抗拉強度和屈服強度明顯降低，同時使塑性降低。此外，焊縫熔體凝固會引起元素偏析，降低氧化和抗腐蝕能力，使性能惡化。所以採用合理的焊接工藝和優良的焊材對提高高溫焊縫接頭強度至關重要。如採用摩擦焊焊接高溫合金，焊接接頭強度係數幾乎為100%。若採用異質焊絲，接頭強度降低更大。焊接接頭強度係數是由於焊縫組織的不均勻性造成的，熱影響區晶粒組織長大，強化相g′相的溶解，容易形成弱化區，所以在弱化區會首先出現塑性變形，最終導致斷裂失效。因此高溫合金焊接接頭的強度和塑性均有明顯的降低。所以應從焊接工藝、焊接材料、焊接方法和熱處理等方面著手，優化工藝參數，保證焊接接頭係數Kσ接近100%。

高溫合金焊接的熱裂紋敏感性、接頭組織的不均勻性以及焊接接頭的等強性都是決定高溫合金焊接性的關鍵因素。此外，選擇合理的焊接工藝也是評價高溫合金焊接性的重要依據。因此，在高溫合金使用前，必須分析和研究高溫合金的焊接性。只有掌握了高溫合金的焊接性及其影響因素，才能順利的完成高溫合金焊接構件的生產，才能保證高溫合金焊接構件的安全使用

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