高溫合金對焊接性的影響

   隨著使用溫度的升高，高溫合金的化學成分越來越復雜，焊接難度也越來越大。影響焊接性能的四個因素是材料因素、設計因素、工藝因素和使用環境。高溫合金的可焊性是指在一定的焊接條件下，對裂紋敏感性、組織均勻性、焊接接頭力學性能以及采取工藝措施的可行性進行綜合評價。

高溫合金的焊接性主要受以下因素的影響

1） 高溫合金的焊接裂紋敏感性

在高溫合金的焊接過程中，經常會出現熱裂紋和再熱裂紋。熱裂紋分為結晶裂紋和液化裂紋。再熱裂紋主要是應變時效裂紋。液化裂紋的形成機理與結晶裂紋的形成機理相同，都是由于在高溫焊接條件下，晶粒間存在弱的低熔點相或共晶相，不能承受力的作用。二者的區別在于液態焊縫金屬凝固過程中形成結晶裂紋，而固態母材在熱循環峰值溫度作用下重熔晶間層后形成液化裂紋。應變時效裂紋一般發生在沉淀強化高溫合金焊后時效處理或焊后高溫時效處理過程中。由于沉淀強化，晶界強度普遍低于高溫環境下的晶界強度，這是由于G′的大量沉淀，由于雜質元素偏析的不利影響，進一步削弱了晶界。結果表明，塑性變形發生在晶界處，增加了應變時效裂紋的傾向。當晶界的實際變形超過其塑性變形能力時，裂紋會發生應變時效裂紋。

2） 焊接接頭組織不均勻性

高溫合金焊接接頭的顯微組織表現出明顯的不均勻性，并且由于化學成分和焊接工藝的不同而存在明顯的差異。固溶強化高溫合金的組織相對簡單。焊接后，焊縫金屬由變形組織轉變為鑄造組織。由于熔池冷卻速度快，焊縫金屬因晶內偏析形成層狀組織，嚴重偏析導致枝晶間形成共晶組織。例如，固溶強化高溫合金gh1015、gh1016和GH1140具有良好的焊接性能和良好的焊接組織。相比之下，沉淀強化高溫合金和鑄造高溫合金的組織更為復雜，焊縫和熱影響區的組織和成分更為復雜。焊縫金屬在焊接過程中經歷熔化和凝固的過程。原始的G'相和碳化物溶解在基體中形成單一的G固溶體。焊縫金屬冷卻速度快，容易形成橫向枝晶短、主軸長的枝晶。枝晶與主軸之間存在較大的偏析，導致焊縫共晶。在熱循環周期性較大的熱影響區，強化相G′溶解，碳化物轉變，使熱影響區組織復雜，影響高溫合金的性能。例如，GH4169是具有細晶粒和等軸晶粒的變形合金。焊縫組織與母材完全不同，枝晶軸垂直于焊縫。焊接接頭的顯微組織對其拉伸性能影響不大，但會顯著降低其耐久性和疲勞性能。

3） 焊接接頭的等強度。

高溫合金的使用環境一般受到高溫和應力的同時作用，因此要求高溫合金的焊接接頭具有良好的高溫強度、塑性、低周疲勞性能以及良好的抗氧化和耐腐蝕性能。同時，預計焊接接頭的強度與母材相同，即焊接接頭的強度相等。一般說來，高溫合金焊接的主要問題除了焊接過程中或焊接后產生的裂紋和微裂紋外，還包括力學性能的降低。焊接一般會使抗拉強度和屈服強度明顯降低，塑性降低。此外，焊接熔體的凝固會引起元素偏析，降低其抗氧化性和耐蝕性，惡化焊接質量