氫在焊接過程中主要以原子或離子形式溶解于高溫金屬中,冷卻后可能聚集形成氫氣泡,導致氫脆或裂紋。鎳基合金管焊接過程的氫來源和材料特性、焊接工藝、環境因素有關。
焊接材料是氫的主要來源之一。
焊條藥皮、焊劑中的水分及有機物在高溫下分解會釋放大量氫原子。例如,未烘干的焊條在施焊時,水蒸氣分解可直接向熔池注入氫。此外,母材坡口表面的鐵銹(含結晶水)、油污等雜質在電弧高溫下也會分解產氫。環境中的水蒸氣同樣不可忽視,尤其在濕度較高的條件下,電弧周圍空氣中的水分可能被電離并進入焊縫。
在氣體保護焊(如TIG、MIG)中,保護氣體的純度直接影響氫含量。
若CO?氣體含有水分,焊接時會分解為氫和氧。值得注意的是,TIG焊接鎳基合金時,常人為添加2%-5%的氫氣至氬氣中,以改善電弧穩定性和熔池流動性。這部分氫雖為工藝所需,但若控制不當可能增加焊縫氫含量。此外,氬氫混合氣中的氫在高溫下可能部分殘留在焊縫中,成為潛在氫源。
鎳基合金因其高鎳含量(通常≥58%)和致密奧氏體結構,對氫有較強的吸收能力。
氫原子在高溫下易擴散至晶格間隙,冷卻時因溶解度降低而析出,聚集于晶界或缺陷處形成氫分子,導致局部應力集中。某些特種鎳基合金(如N10002)通過添加鉬、釩等元素,可抑制氫擴散并減少氫脆風險,但普通鎳基合金仍需嚴格管控氫輸入。
焊接后,氫在鎳基合金中的擴散行為尤為活躍。
由于鎳基合金熱膨脹系數高,冷卻時產生的內應力會加速氫向薄弱區域遷移,可能引發延遲氫致裂紋。控制氫含量的關鍵措施包括:烘干焊接材料、清理工件表面、使用高純度保護氣體,以及必要時采用后熱處理(如消氫處理)以驅散殘留氫。然而,氬氫混合氣的工藝需求與低氫目標存在矛盾,需通過精確調控氫比例平衡性能與風險。
鎳基合金管焊接中的氫來源多元且復雜,需從材料、工藝、環境三個方面協同管控,以保障焊接接頭的可靠性!