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镍及镍基合金是随着航空、宇航、核能和石油化工工业的兴起而迅速发展起来的。现已成为上述工业生产领域不可缺少的重要材料。
镍及镍基合金不仅在高温具有热强性,在介质作用下还具有高的耐蚀性能。所以,目前在航空发动机上所需要镍合金材料约占整体结构材料的60%。如发动机的燃烧室、火箭叶片、导向叶片等均采用镍基合金的焊接结构,因而镍基合金的焊接技术及其专用焊接材料等在航空结构制造中已占据着重要地位。
镍基合金在石油化工领域中的应用
过程或装置名称
流体条件
构成材料
装置的产品或目的
温度℃
压力MPa
组成
热分解过程
乙烯裂解
700-950
-
碳氢化合物
蒸汽、氢、乙烯
Incoloy800合金
HK40,HP
乙烯
接触转换过程水蒸汽接触转换
制氢装置
350-950
-
蒸汽(50%)
氢(35%)
CO2,甲烷,CO
HK40,Incoloy800合金SUS310S,
SUS316
氢
城市燃气
脱烃
600-700
-
氢(50%)
碳氢化合物
Cr-Mo钢
SUS316
Incoloy800合金
苯
部分氧化
(合成气)
800-900
-
氢(60%)
CO(35%)
CO2,甲烷
HK40
Incoloy800合金
氢
城市燃气
高温气冷
却炉
800-1200
-
氦
Incoloy800合金
HK40
Inconel600合金
能源
主要内容
第一节镍及镍基合金种类及特性
第二节镍及镍基合金焊接性分析
第三节镍及镍合金的焊接工艺
一、镍与镍基合金的分类及其应用

(1)工业纯镍工业纯镍色较银略微黄而有光泽。它具有优良的塑性和韧性。还具有耐大气、碱、淡水之锈蚀能力。在工业生产中纯镍多是以压延型的板材用于产品结构。其镍成分占99%以上,%。它在高温中比较稳定,有一定的热强性。目前工业纯镍结构件在航空飞机、宇航飞机上的燃烧室,燃烧汽轮机、核反应堆的换热器等结构上被广泛地应用。
(2)镍基合金镍基合金是在纯镍中加入Cu、Cr、Mo、Nb、W等合金元素的镍基合金如Ni-Cu、Ni-Cr-Fe、Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-Cu等系列合金。
镍基合金
蒙乃尔合金Ni-Cu合金是Cu对Ni为无限固溶的镍基合金,是一种耐蚀合金
Ni-Cr、Ni-Cr-Fe型合金Ni含量较多,大约有70%以上。一般将这种合金称为因康镍(Inconel)合金。
Ni-Fe-Cr型合金称为Incoloy合金,也常叫铁镍基合金。一般合金中Ni≥30%~5%,而Ni+Fe≥65%。这一类铁镍基合金的综合性能良好,尤其是耐介质腐蚀性能更为优良。

(1)非热处理强化的工业纯镍这类纯镍金属,不加入任何合金元素,不能用热处理来使之提高强度。如Ni200系列纯镍等,这种工业纯镍,根据纯镍本身的特性,多用于火箭发动机构件、耐腐蚀的蒸发器、声纳设备中的元件、点火塞极和电子管阴极等,其应用也很广泛。
(2)固溶强化合金这类合金是加人适当少量的合金元素如Al、Cr、Cu、Fe、Mo、Ti、w、v、Nb以及稀土合金等。采用高温固溶处理方法来提高合金的强度。
(3)沉淀强化镍基合金这类合金是加入合金元素之后,采用固溶处理,再加上时效处理,来达到提高强度的目的。研制这类合金主要是适应高温高应力状态下的工作条件。
(4)弥散强化合金这类合金主要是以氧化钍弥散强化的镍基合金,如TD-Ni和DS-Ni等。合金中约有2%的氧化钍和98%的Ni,氧化物呈弥散分布于合金的基体中,使其抗拉强度有显著的提高。含Cr为20%左右的Ni-Cr型TD--NiCr合金与TD-Ni合金相比,具有更高的强度和耐蚀性。

(1)变形镍基合金这类合金主要是以压力加工成形的镍基合金,可轧制成薄板和其它小形轧件等。因此,这种合金的特点,它具有较高的热稳定性和热强性。固溶处理后的镍基合金具有良好的塑韧性,可承受高温动载荷,还可进行冲压加工。组成焊接结构件是生产中常见的。
(2)铸造镍基合金采用铸造工艺将镍基合金铸造成有一定形状和尺寸的设备构件。在生产中多是采用精密成型的铸造方法。其合金仍具有良好的热强性和焊接性。由于铸造合金的铸造性组织,加上易于出现铸造缺陷,所以,铸造合金的应用没有变形合金多。
二、镍及镍基合金的合金化

(1)硫的影响焊接镍合金时,硫对焊缝金属的影响比其它的合金材料更为敏感。其影响的首要问题是焊缝金属结晶裂纹的问题。
(2)镁的影响镁在镍及镍合金中能形成镁的硫化物,它的熔点比一般硫化物高得多。因此,硫的凝固可由镁来促成,这可以减少硫的有害作用。
(3)铌的影响铌加入镍合金中可明显地减少热裂纹的出现。