镍钴基超合金焊接自动化：耐热耐蚀极致应用

镍基和钴基合金是两类耐热焊接材料，常因用途相似归类。从耐热到耐蚀，镍钴基合金即超合金，是耐热类中最重要材料。

耐热合金是为在常规材料失效的高温严苛工况下服役而开发的金属。

即使不焊接耐热材料，需要什么特性？

耐热应用不视为钢，因行为类似其他材料。成分复杂，含重要镍铬百分比，添加其他元素提供特殊性能。

其他耐热材料含基体金属为镍或钴的合金，成分经其他元素添加修饰用于特殊目的。

上述基体金属与各元素合金化产生不同材料类。性能完全源于成分、不受热处理改善者称为固溶强化型。焊接此类耐热材料易实施。典型铁基N-155(或Multimet)。典型镍基Inconel 600、Hastelloy X。典型钴基L-605(HS-25)、S-816。

其他类称为固溶析出硬化(时效)型，因加热冷却时微妙反应修饰微观结构而响应热处理。典型铁基A-286、Incoloy 901。典型镍基Waspaloy。

另一大类材料与上述共有大量性能，称耐蚀合金，设计抵抗侵蚀性化学品，无论是否叠加热影响。

作为基体金属，镍钴具有趣性能组合，因耐热性使其适用高温应用，特别是燃气轮机、炉配件、热化学处理系统，也用于耐蚀应用。

一般规则：焊接耐热材料应在最延展状态，常指退火或固溶处理状态。
镍是延展金属元素，用于合金化钢和不锈钢，修饰合金性能。作为基体金属用于其卓越耐热耐蚀。特别是合金化处理后，铸造或锻造态下均能发展高温应力抗力。

镍基材料选用因耐蚀和高温性能，配适当热处理。虽覆盖规范，多以商品名知名。固溶强化型合金退火态易焊。析出硬化型锻造合金固溶处理态焊接，后按需热处理。可列举几个可焊锻造合金名：Hastelloy B、C、C276、N、X、Inconel 600、601、625、Rene 41。

钴也是延展金属。用作广泛特种材料主要合金元素。作为基体金属合金化其他元素，主要性能是高温抗氧化结垢，虽高温强度有限。

钴基材料成分随铸造或锻造态不同。部分铸造合金名：HS 21、X 40(Stellite 31)、G 34、Mar M 509、FSX 414。

常见锻造合金含：S 816、L605(HS 25)、HS 188、Mar M 918、G 32 B。均含~20%铬和碳化物形成元素如Nb、Ta、Zr、V。铸造合金碳含量0.25-1.0%，锻造合金0.05-0.4%。

除可能氧乙炔法(因焊剂引入其他技术无的并发症不推荐)外，所有主要焊接工艺均适用。

摩擦焊可用于焊接耐热材料。对于通过固溶析出硬化获取性能者，须注意焊接热对接头附近区域性能影响。若强度降低结果无异议，无其他限制考虑。

电阻焊点焊缝焊广泛用于焊接耐热合金。特别是许多耐热薄板件如燃烧室衬里、火焰稳定器等现代燃气轮机和其他热力机器元素，点缝焊作为生产或维修程序，与当前不锈钢类似。

应注意：电弧焊耐热合金在许多情况下可产生裂纹，特别是固溶析出热处理硬化者，焊接中或热处理中。须高度关注通过开发合适工艺避免裂纹。所有电弧焊工艺均可用，但视材料厚度有些更适合。

钨极惰性气体保护焊耐热合金最适合薄截面。良好做法：装夹具配微孔铜背垫槽供细氩流。

焊接耐热合金填充金属成分应与基体金属兼容、具延展性以提供最大抗裂自由度，考虑填充金属与基体金属稀释比。

焊接耐热析出硬化合金前，应用合适工艺退火热处理(可能真空或受控气氛炉防氧化)消除所有成形弯曲应力。必要时焊后立即重固溶析出(时效)处理。药皮焊条电弧焊有时用于固溶强化耐热合金，但不用于固溶析出硬化型。

焊接耐热合金可能出现的缺陷中，气孔通过焊前适当清洁去除表面污染控制。焊前清洁工件和填充金属至关重要。任何类型裂纹(焊缝或基体金属)均不接受。接头设计避免应力集中和多轴应力。高热输入产生大残余收缩应力也可致裂。

高能焊接耐热合金呈现不同焊接性水平，取决于零件焊接时承受约束程度。甚至镍基铸造合金(通常极低焊接性)可电子束焊用于非苛刻应用。

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