Автоматизация сварки никеля с использованием роботов

Никелевые и кобальтовые сплавы:

Сплавы на основе никеля и кобальта представляют собой два жаропрочных сварочных материала, которые часто объединяют, поскольку они используются для аналогичных целей. От жаростойкости до коррозионной стойкости сплавы на основе никеля и кобальта, также известные как суперсплавы, являются наиболее важными в классе жаропрочных сплавов.

Жаропрочные сплавы – это металлы, разработанные для того, чтобы выдерживать суровые условия эксплуатации при повышенных температурах, при которых другие более распространенные материалы не выдержали бы испытаний.

Какие характеристики требуются даже при сварке не жаропрочных материалов?

• Стойкость к окислению и образованию накипи, адекватные механические свойства и устойчивость к высоким температурам как в течение короткого времени (прочность при растяжении в горячем состоянии), так и в течение длительного времени (сопротивление ползучести).
• Стабильность во времени. Жесткие условия эксплуатации, воздействующие на эти материалы, могут привести к изменению структуры и свойств с дальнейшим образованием трещин.
• Пластичность и устойчивость к высокотемпературному межкристаллитному разрушению (IGA) также важны. Сварка жаропрочных сплавов не должна ухудшать эти свойства.

Сплавы на основе железа

Применение жаростойких сталей не считается, потому что их поведение аналогично другим типам материалов. Их состав сложен и включает значительное процентное содержание никеля и хрома с добавлением других элементов для придания особых свойств.

Сплавы на основе никеля или кобальта

К другим жаростойким материалам относятся сплавы, основным металлом которых является никель или кобальт, а их состав модифицируется добавлением других различных элементов специального назначения.

Легирование основных металлов, как указано выше, различными элементами дает разные классы материалов. Те, свойства которых обусловлены исключительно их составом и не поддаются улучшению термической обработкой, называются упрочненными твердым раствором. Сварка жаропрочных материалов из этого типа выполняется легко. Типичная железная база этого типа называется Н-155 (или Мультимет). Типичная никелевая основа — Inconel 600 и Hastelloy X. Типичная кобальтовая основа — L-605 (или HS-25) и S-816.

Другие классы, называемые упрочняемыми процессами растворения и осаждения (или старения), реагируют на термическую обработку из-за тонких реакций, которые изменяют их микроструктуру, происходящих при нагревании и охлаждении. Типичными железными основаниями этого типа являются A-286 и Incoloy 901. Типичными никелевыми основаниями являются Waspaloy.

Другой класс материалов с большим набором свойств, общих с рассмотренными выше, называется коррозионно-стойкими сплавами, предназначенными для защиты от воздействия агрессивных химических веществ с воздействием или без воздействия избыточного тепла.

Никель и кобальт, рассматриваемые как базовые металлы, обладают рядом интересных свойств, которые делают их полезными для применения при повышенных температурах из-за их термостойкости, особенно для газовых турбин, принадлежностей для печей, систем горячей химической обработки, а также для коррозионно-стойких применений.

Сварка жаропрочных сплавов

Как правило, сварка жаропрочных материалов должна выполняться в их наиболее пластичном состоянии, часто называемом отожженным или обработанным на твердый раствор.
Никель — это пластичный металлический элемент, используемый для легирования сталей и нержавеющих сталей, он изменяет свойства используемых сплавов. В качестве основного металла он используется из-за его замечательной стойкости к нагреву и коррозии. В частности, он может проявлять повышенную устойчивость к нагрузкам при нагревании, как в литой, так и в кованой форме, при легировании и обработке по мере необходимости.

Материалы на основе никеля выбираются из-за их коррозионной стойкости и свойств при повышенных температурах с соответствующей термообработкой. Несмотря на то, что они указаны в спецификациях, они известны в основном под коммерческими названиями. Сплавы, упрочненные твердым раствором, хорошо свариваются в отожженном состоянии. Дисперсионно-твердеющие сплавы в деформируемом виде свариваются в состоянии обработки на твердый раствор с последующей термической обработкой по мере необходимости. Из наименований свариваемых деформируемых сплавов мы можем перечислить некоторые из них:Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

Кобальт тоже пластичный металл. Он используется в качестве основного легирующего элемента для широкого спектра материалов специального назначения. Как основной металл, легированный другими элементами, его основным свойством является способность сопротивляться окислению и образованию окалины при повышенных температурах, хотя при этом он приобретает лишь ограниченную прочность.

Материалы на основе кобальта имеют несколько разные составы в зависимости от того, находятся ли они в литой или кованой форме. Некоторые литейные сплавы известны под следующими названиями:HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509 и FSX 414.

К распространенным деформируемым сплавам относятся:S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918 и G 32 B. Все они содержат около 20% хрома и некоторые карбидообразующие элементы, такие как ниобий, тантал, цирконий, ванадий. Содержание углерода составляет 0,25-1,0% для литейных сплавов и 0,05-0,4% для деформируемых сплавов.

Сварка

Применимы все основные сварочные процессы, за исключением, возможно, кислородно-ацетиленового метода, который не рекомендуется, поскольку использование флюсов создает сложности, которых нет при использовании других методов.

Сварка трением может применяться для сварки жаропрочных материалов. Для тех, кто приобретает свои свойства за счет твердения на раствор и дисперсионного твердения, необходимо знать о влиянии тепла сварки на свойства в непосредственной близости от соединения. Если результат снижения прочности не вызывает возражений, других ограничивающих соображений нет.

Сварка сопротивлением <эм>, как точечная, так и шовная сварка широко применяется для сварки жаропрочных сплавов. В частности, многие детали из жаропрочного листового металла, такие как футеровка камеры сгорания, пламегасители и многие другие элементы современных газотурбинных двигателей и других деталей машин для горячей обработки, свариваются точечной и шовной сваркой в ​​процессе производства или ремонта, во многом так же, как это делается в более современных нержавеющая сталь.

Следует отметить, что во многих случаях дуговая сварка жаропрочных сплавов может давать трещины, особенно в упрочняемых растворной и дисперсионной термообработками, при сварке или при термической обработке:поэтому следует уделять большое внимание предотвращению образования трещин путем развития подходящие процедуры. Можно использовать все процессы дуговой сварки, но некоторые из них подходят лучше, чем другие, в зависимости от толщины материалов.

Дуговая сварка вольфрамовым электродом жаропрочные сплавы лучше всего подходят для тонких срезов. Хорошей практикой является наличие приспособлений, удерживающих элементы, снабженных опорным медным стержнем с крошечными отверстиями, упирающимися в канавку, через которую подается тонкий поток аргона.

Составы присадочного металла для сварки жаропрочных сплавов должны быть совместимы с составами основного металла и иметь такую ​​пластичность, чтобы обеспечить максимальную защиту от растрескивания при рассмотрении соотношения разбавления присадка к основному металлу.

Перед сваркой жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов с них следует снять все формирующие или изгибающие напряжения с помощью соответствующего процесса термообработки с отжигом, возможно, в вакуумной печи или печи с регулируемой атмосферой, чтобы предотвратить окисление. В случае необходимости, обработка повторным раствором и осаждением (старением) должна следовать сразу после сварки. Дуговая сварка защитным металлом иногда используется для жаропрочных сплавов, упрочненных твердым раствором, но не используется для сплавов, упрочненных на твердый раствор и дисперсионно-упрочненных.

Контроль дефектов

Из дефектов, которые могут появиться при этом типе сварки жаропрочных сплавов, пористость контролируется надлежащей очисткой перед сваркой и удалением поверхностных загрязнений. Очистка заготовки и присадочного металла перед сваркой жаропрочных сплавов имеет решающее значение. Никогда не допускаются трещины любого типа в сварном шве или в основном металле. Совместная конструкция должна избегать концентрации напряжений и многоосных напряжений. Высокое тепловложение, создающее большие остаточные усадочные напряжения, также может быть причиной трещин.

Высокоэнергетическая сварка жаропрочных сплавов имеет различные уровни свариваемости в зависимости от степени ограничения, которому подвергаются детали во время сварки. Даже литейные никелевые сплавы, которые обычно обладают очень низкой свариваемостью, могут подвергаться электронно-лучевой сварке для нетребовательных применений.

Если вы заинтересованы в автоматизации процесса сварки никеля или кобальта, свяжитесь с нашими сотрудниками по телефону 877-762-6881 или заполните контактную форму, и наши инженеры разработают наилучшие варианты для ваших технологических требований.