高温合金焊接性的影响

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高温合金的化学成分，随着使用温度的升高，变的愈来愈复杂，因而焊接时越来越困难。影响焊接性能的四大因素是材料因素、设计因素、工艺因素和服役环境。高温合金的焊接性是指在某一焊接工艺条件下，对合金产生裂纹的敏感性、焊后接头组织的均匀性、焊接接头力学性能和采取工艺措施的可行性的综合评价。高温合金的焊接性主要受下面几个因素影响：

（1） 高温合金的焊接裂纹敏感性。
在高温合金焊接过程中，出现的焊接裂纹通常有热裂纹和再热裂纹，其中热裂纹分为结晶裂纹和液化裂纹，再热裂纹主要是指应变时效裂纹。液化裂纹和结晶裂纹形成机理相同，都是由于晶间存在脆弱低熔相或共晶，在焊接产生的高温条件下承受不了力的作用而开裂。两者的区别在于结晶裂纹是液态焊缝金属在凝固过程中形成，而液化裂纹则是由于固态的母材在热循环的峰值温度作用下使晶间层重新熔化后形成的。应变时效裂纹一般在沉淀强化高温合金的焊接后进行时效处理时或者焊后在高温使用时产生。由于沉淀强化高温合金晶体内部由于g′的大量析出得以强化，而晶界强度在高温环境时一般低于晶内强度，加上杂质元素偏聚的不利影响，晶界进一步弱化，从而在晶界发生塑性变形，增加了应变时效裂纹产生倾向，当晶界的实际变形量超过其塑性变形能力就会产生应变时效裂纹。
（2）焊接接头组织的不均匀性。
高温合金焊接接头组织呈现明显的不均匀性，并且由于化学成分和焊接工艺的不用而明显不同。固溶强化高温合金的组织比较简单，这类合金焊接后，焊缝金属由变形组织转变为铸造组织。由于焊接熔池降温速度快，焊缝金属会因晶内偏析形成层状组织，偏析严重会在枝晶间形成共晶组织。焊接接头热影响区产生沿晶界的局部熔化和晶粒长大，如固溶强化高温合金GH1015、GH1016和GH1140就具有比较好的焊接性，焊缝组织细小。相比而言，沉淀强化高温合金和铸造高温合金的组织就比较复杂，焊缝和热影响区的组织成分都比较复杂。焊缝金属在焊接过程中经历了熔化凝固的过程，原来的g′相、碳化物相等均溶入基体中，形成单一的g固溶体。焊缝金属冷却速度快，容易形成横向枝晶很短主轴很长的枝状晶。在枝状晶和主轴之间会出现较大的成分偏析，从而在焊缝中出现共晶成分。在热循环周期性很大的热影响区会引起强化相g′溶解，碳化物相变，从而使热影响区的组织变的十分复杂，影响高温合金的性能。如GH4169母材晶粒细小，多为等轴晶，属于变形合金组织。焊缝组织与母材完全不一样，树枝组织明显，枝晶轴垂直于焊缝。这种焊接接头组织对拉伸性能影响不大，但是能明显降低持久和疲劳性能。
（3）焊缝接头的等强性。
高温合金的服役环境一般要承受高温和应力的同时作用，因此要求高温合金焊接接头应具有良好的高温强度、塑性、低周疲劳性能以及良好的抗氧化耐腐蚀作用。同时希望焊接接头的强度与母材一样，即焊接接头的等强性。通常高温合金在焊接中遇到的主要问题，除了焊接中或焊后出现的裂纹和微裂纹，另一个就是力学性能的降低。焊接一般会使抗拉强度和屈服强度明显降低，同时使塑性降低。此外，焊缝熔体凝固会引起元素偏析，降低氧化和抗腐蚀能力，使性能恶化。所以采用合理的焊接工艺和优良的焊材对提高高温焊缝接头强度至关重要。如采用摩擦焊焊接高温合金，焊接接头强度系数几乎为100%。若采用异质焊丝，接头强度降低更大。焊接接头强度系数是由于焊缝组织的不均匀性造成的，热影响区晶粒组织长大，强化相g′相的溶解，容易形成弱化区，所以在弱化区会首先出现塑性变形，最终导致断裂失效。因此高温合金焊接接头的强度和塑性均有明显的降低。所以应从焊接工艺、焊接材料、焊接方法和热处理等方面着手，优化工艺参数，保证焊接接头系数Kσ接近100%。
高温合金焊接的热裂纹敏感性、接头组织的不均匀性以及焊接接头的等强性都是决定高温合金焊接性的关键因素。此外，选择合理的焊接工艺也是评价高温合金焊接性的重要依据。因此，在高温合金使用前，必须分析和研究高温合金的焊接性。只有掌握了高温合金的焊接性及其影响因素，才能顺利的完成高温合金焊接构件的生产，才能保证高温合金焊接构件的安全使用。