純鎳板帶等離子拼焊關(guān)鍵問(wèn)題的研究.pdf

1、我國(guó)鎳及鎳合金板帶加工水平整體落后，僅能生產(chǎn)單張板，尚不能生產(chǎn)寬幅、大卷重鎳及鎳合金板帶產(chǎn)品。因此，全面提升鎳及鎳合金板帶加工水平，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步顯得非常緊迫。在各方努力下建成了一條5000噸/年鎳及鎳合金板帶生產(chǎn)線，雖然填補(bǔ)了裝備方面的空白，但受制于工藝技術(shù)與純鎳的焊接難度，目前仍無(wú)法生產(chǎn)合格的寬幅、大卷重鎳及鎳合金板帶產(chǎn)品。存在的主要問(wèn)題：鎳及鎳合金板帶生產(chǎn)線上沒(méi)有專用拼焊設(shè)備，也沒(méi)有成熟可靠的拼焊工藝技術(shù)，同時(shí)純鎳焊接

2、性較差，焊接過(guò)程中極易出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致拼焊焊縫在酸洗、冷軋工序大量斷帶，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。換言之，在線拼焊是保證冷軋、酸洗等工序生產(chǎn)效率及鎳及鎳合金板帶產(chǎn)品成材率的最關(guān)鍵工藝，拼焊質(zhì)量直接決定了寬幅、大卷重鎳及鎳合金板帶產(chǎn)品的質(zhì)量。
　　基于上述問(wèn)題，本文重點(diǎn)對(duì)純鎳N6的焊接方法、焊接工藝、焊縫組織與性能、焊縫的碾壓形變熱處理以及焊縫斷帶機(jī)理等問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)研究并提出解決方案，徹底地解決了純鎳N6板帶在線拼焊的問(wèn)題。
　

3、　首先，探討了純鎳等離子弧自熔焊焊縫缺陷形成機(jī)理。結(jié)晶裂紋的形成是基于Borland拉伸液膜理論。在等離子弧焊接時(shí)的較小熔池中，純鎳熱導(dǎo)率高、固液相溫度區(qū)間小、液態(tài)金屬粘度大、流動(dòng)性差，致使結(jié)晶速度加快，氣泡逸出速度小于結(jié)晶速度，便在焊縫中形成氣孔。分析純鎳焊接性及氣孔特征，氣孔主要是氫氣孔、一氧化碳?xì)饪?、氮?dú)饪住：缚p與近縫區(qū)晶粒粗化與母材化學(xué)成分、焊接方法及焊接熱輸入有關(guān)，焊接熱輸入增大，晶粒長(zhǎng)大；純鎳N6化學(xué)成分中幾乎沒(méi)有可以形成碳

4、、氮化物的元素，因此焊接過(guò)程中產(chǎn)生的第二相質(zhì)點(diǎn)少，基本沒(méi)有第二相質(zhì)點(diǎn)阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，晶界可以自由移動(dòng)至平衡晶粒尺寸。而且等離子弧自熔焊過(guò)程中，熔池中少量的碳、氮化物粒子大部分發(fā)生溶解，減弱了粒子對(duì)晶界遷移的釘扎作用?？傊毕輰?dǎo)致焊縫成形差、削弱力學(xué)性能，影響產(chǎn)品成材率。
　　其次，針對(duì)等離子弧自熔焊焊縫缺陷，提出采用等離子弧填絲焊焊接純鎳N6板帶。通過(guò)分析焊縫組織、性能，研究并揭示了填充焊絲消除自熔焊焊縫缺陷的機(jī)理。等離子

5、弧填絲焊實(shí)現(xiàn)了6mm厚純鎳N6板帶的單面焊雙面成形；焊縫成形美觀，無(wú)氣孔、裂紋、咬邊、凹陷等缺陷；等離子弧填絲焊過(guò)程穩(wěn)定，拓寬了工藝參數(shù)規(guī)范區(qū)間；雖然純鎳填絲焊焊縫、自熔焊焊縫及母材基體均為奧氏體，但填絲焊焊縫晶粒較自熔焊焊縫細(xì)?。惶罱z焊焊縫抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功比自熔焊焊縫分別提高了11.75％、84.8%、31.7%；填絲焊焊縫在不同腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性也優(yōu)于自熔焊焊縫。
　　第三，針對(duì)填絲焊焊縫存在較大焊接殘余應(yīng)力且焊縫

6、晶粒較粗大的問(wèn)題，提出對(duì)焊縫進(jìn)行碾壓形變熱處理工藝，探討了碾壓形變熱處理工藝對(duì)焊縫組織、性能的影響。結(jié)果顯示，隨碾壓熱處理溫度升高，焊縫抗拉強(qiáng)度逐漸升高，斷后伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)；合理的碾壓形變熱處理工藝可降低焊接殘余應(yīng)力；通過(guò)碾壓作用破碎焊縫粗大的柱狀晶，細(xì)化焊縫晶粒；適合6mm厚純鎳焊縫的碾壓形變熱處理工藝為：總碾壓力21368.97N，碾壓溫度400℃，碾壓速度3mm/s，碾壓次數(shù)1次，壓下率20%～25%。碾壓形變熱處

7、理工藝對(duì)優(yōu)化純鎳焊縫組織、改善性能有積極作用，特別對(duì)提高焊縫塑性十分有效，能夠得到焊縫高強(qiáng)度、高塑性的良好配合。
　　最后，針對(duì)非真空熔煉工藝生產(chǎn)的純鎳N6板帶焊縫強(qiáng)度低、斷帶率高的問(wèn)題開(kāi)展研究，明確了焊縫斷帶原因：焊縫強(qiáng)度低、斷帶率高與熔煉工藝有關(guān)，即不同熔煉工藝生產(chǎn)的純鎳N6中同種化學(xué)成分含量有差別；非真空熔煉工藝生產(chǎn)的純鎳中非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸均高于真空熔煉工藝生產(chǎn)的純鎳；非金屬夾雜物降低焊縫力學(xué)性能與工藝性能的根本原因