利用氩气保护罩提高镍管的焊接质量
摘 要：分析了纯镍的焊接性能及其影响因素。结合实际工作中的应用，针 对工业纯镍的管材焊接工艺进行探讨。在钨极氩弧焊（tig 焊）的基础上用自制氩气保护罩来避免镍在焊接过程中高温区域氧化严重的问题，同时结合其它保护措施及合理的焊接规范，明显地提高了镍管的焊接质量。
关键词：工业纯镍；保护罩；焊接质量
前 言
镍元素具有面心立方晶格，其特点是：熔点高，耐腐蚀、机械性能高，在热冷状态下有良好的加工性能，具有特殊的物理性。镍还具有良好的化学稳定性，在常温空气中，它不被腐蚀，在海水和大多数酸碱盐介质中具有优良的抗腐蚀性能，尤其在氢氧化物及碱性溶液中，它的抗蚀性能优于钛及钛合金，因而广泛地应用于石油、化工、造船等行业。在生产中，我们遇到了直径108mm、壁厚4mm的工业纯镍管材焊接问题，通过对其焊接性能及工艺的研究，制定了一套特殊的工艺措施，并用于实际生产，取得了良好的效果。
一、工业纯镍的焊接性能分析
工业纯镍是一种稀有金属，它的可焊性较好，但在焊接过程中，气体杂质污染易引起焊接接头脆化。常温下，工业纯镍是比较稳定的，随着温度升高，它的性能开始变化，其吸收氮、氢、氧的能力随之明显上升。实验证明，镍在500℃高温空气中轻微氧化，当温度达到750℃时，则剧烈氧化。
随着焊缝含氧量上升，焊缝的抗拉强度和硬度明显上升，而焊缝塑性明显下降，焊缝因氧的污染而变脆。氮在高温液态金属的溶解度随氧的分压增加而增多，氮对焊缝强度、硬度、塑性的影响比氧更为显著，也就说氮的污染脆化作用比氧更为强烈，氮对焊缝的影响主要是对冲击韧性影响，含氮量增加，使焊缝的冲击韧性显著降低。
由于难以防止气体杂质污染所引起的焊接接头脆化，在进行工业纯镍焊接时对其工艺提出了特殊要求，采用普通的气焊和手工电弧焊是无法满足焊接质量的。采用钨极氩弧焊是比较合理的焊接方法，但同时值得注意的是，通常的焊枪结构和工艺是不足以保证焊接接头质量的。因为这种焊枪结构所形成的气体保护层只能保护焊接熔池不受空气污染，对已凝固而处在高温状态的焊缝及其热影响区则无保护作用。而处于这种状态的镍还有很强的吸收空气中氮和氧的能力，势必引起焊缝变脆，而使塑性严重下降。焊缝背面若不采取有效保护，也将产生类似结果，处于高温熔化的熔池和熔滴金属更易被气体杂质污染。因此，必须采取一系列的保护措施，来提高镍管的焊接质量。
二、提高焊接质量应采取的措施
1．保证焊接质量的前提
（1）母材及焊丝中的杂质必须在技术条件允许的范围内；
（2）采用高纯度氩气进行焊接，焊接接头一般应保证呈银白色；
（3）焊前对焊丝及工件必须认真地清理；
（4）正确选用焊丝、焊接规范及必要的焊接热处理；
（5）加强熔池及热影响区的保护措施。
在对焊丝、焊枪结构进行分析后认为其不会对焊缝造成污染，故主要从辅助保护装置，焊接夹具，焊前清理等方面加以研究。
2．自制充氩气保护罩
为扩大焊缝的保护范围，通过自制的氩气保护罩来实现。此保护罩是根据接头形式、焊接工艺参数来选用的，原则是：处于500℃以上的区域都能得到有效的保护，保护效果以焊缝表面呈银白色或浅黄色为合格。
拖罩的结构和尺寸由焊件的几何形状来确定，一般用0.8mm 厚的纯铜板做成长40mm～100mm，宽30mm～60mm罩体，薄的焊件短些，厚的焊件长一些、宽一些。氩气由进气管进入分布管，分布管用φ6mm×1mm的不锈钢管制成，在管子上方钻有两排直径0.8mm～1.0mm的小孔，孔距为8mm～10mm，过滤网用0.152mm×0.152(100目)的铜丝网制成，过滤网到焊件的距离不小于8mm，充气室内不应有死角，以达到氩气将所有的空气挤出，保护罩内部尽可能做成圆滑过渡，防止氩气气流过大形成涡流，这样在焊接过程中氩气由进气管进入分布管内，经上方喷出得到均匀分布和缓冲。当气流经过铜丝网后，便又得到再次分配，这就改善了氩气的流动状态，使熔池金属直接在氩气平流层保护下凝固成形。焊枪和拖罩在使用过程中连成一体，以便于操作。
3．其它
焊接夹具应有足够强度及良好导热性，带铜垫板水冷夹具能够满足以上要求。夹具和保护罩确定后，选择纯度为99.99%以上的氩气（检验氩气纯度的方法，是在每瓶氩气使用前，按正常的规范在镍板上点焊数点，焊点呈银白色，表面如镜面即为合格），调整不同的气体流量，观察保护效果，最后确定合适的保护气体流量。焊前应将镍表面氧化膜清理干净，清理后要尽快地焊接，放置时间一般不超过4h。
三、焊接工艺评定
（1）经X射线探伤无气孔、夹渣、裂纹等缺陷，参照GB3323-1987 标准，可以达到Ⅱ级要求。焊缝外观检查均为银白色。
（2）接头机械性能测试，虽比母材有所降低，但符合设计要求。
四、结 论
（1）工业纯镍焊接性能较好，用tig焊接并用同质焊丝作填充金属，能获得良好的焊接接头。
（2）焊接时可靠的保护及合理选择焊接规范是确保质量的前提，其中拖罩的型式及保护效果是关键技术。
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