SB127鎳銅合金材料電阻焊接工藝評定

王杰

SB127鎳
銅合金材料電阻焊接工藝評定

王杰

重點介紹了ASME SB127鎳合金波形板產(chǎn)品制造過程中的材料技術(shù)指標(biāo)和焊接工藝過程試驗。按照ASME IX焊接、釬接和粘結(jié)評定標(biāo)準(zhǔn)要求，對SB127材料的電阻焊工藝參數(shù)進行了評定分析，同時結(jié)合實際生產(chǎn)情況，經(jīng)過多次試驗，制定出合理的焊接工藝，為同類鎳合金鋼電阻焊工藝評定提供了借鑒。

1. 概述

ASME SB127（N04400）合金的組織為高強度的單相固溶體，它是一種用量最大、用途最廣、綜合性能極佳的耐蝕合金。該合金的一個重要特征是一般不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，切削性能良好，故廣泛應(yīng)用在動力工廠中的無縫輸水管、蒸汽管、海水交換器和蒸發(fā)器、硫酸和鹽酸環(huán)境等設(shè)備上。

由于業(yè)務(wù)的拓展，我公司于2013年6月承接了一個應(yīng)用于海洋上的項目。由于介質(zhì)具有較強的腐蝕性，所以客戶指定使用ASME SB127材料。我們只提供波形板內(nèi)件，內(nèi)件結(jié)構(gòu)也是我公司專利產(chǎn)品，在核電、西氣東輸、化工設(shè)備氣液分離領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。但是該型號的產(chǎn)品目前還是第一次使用到這種材質(zhì)，美國總公司也沒有做過，因此就沒有相關(guān)的焊接工藝可供參考。該產(chǎn)品波形板共計426片，長度為1 200mm，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。本產(chǎn)品由1mm厚的薄板兩塊點焊而成，為此我們通常選用冷軋板，供貨狀態(tài)為退火，化學(xué)成分及力學(xué)性能分別如表1和表2所示。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

表1 SB127材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能

2. 焊接性分析

SB127材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性良好，具有良好的焊接性，不易產(chǎn)生飛濺，且點焊不易產(chǎn)生裂紋等缺陷。

SB127材料焊接工藝與不銹鋼焊接工藝非常相似，電阻率高，導(dǎo)熱性差。與碳鋼相比，可以采用較小的焊接電流和較短的焊接時間。由于具有較高的高溫強度，所以必須采用較高的電極壓力，以防止產(chǎn)生縮孔和裂紋等缺陷。熱敏感性強，采用較短的焊接時間、強有力的內(nèi)外部水冷卻，并且要準(zhǔn)確地控制加熱時間和焊接電流，以防止熱影響區(qū)晶

粒長大，或出現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。

高溫時，鎳合金非常容易因S、P、石墨及其他一些低熔點物質(zhì)的影響而變脆。這些物質(zhì)通常存在于普通制造業(yè)常用的金屬加工輔料中，例如油、油脂、切削液、標(biāo)記筆及墨水、進行預(yù)處理的化學(xué)藥劑、機械潤滑劑以及溫度指示劑或標(biāo)示劑等，因此可以通過蒸汽去油或采用丙酮等有機溶劑去除。

通常新的金屬材料都處于退火狀態(tài)，并且都已被清洗干凈，但如果金屬材料暴露于高溫環(huán)境中并且生成的氧化物非常多，就必須注意清除。因為氧化物的熔點通常比母材金屬高的多，例如SB127熔點在1 300～1 350℃，而其鎳氧化物熔點高達2 000℃，在焊接過程中易造成未熔合。

3. 焊接工藝評定試驗

（1）試樣及焊接參數(shù) 按照ASME IX焊接、釬接和粘結(jié)評定 QW—285標(biāo)準(zhǔn)，需要連續(xù)焊接一串10個焊點，其中5個做機械剪切試驗，另外5個做金相試驗。我們共制作試樣20件，規(guī)格為125mm×25mm×1.0mm，兩兩焊接而成。在電阻焊前，我們編制了指導(dǎo)性的焊接參數(shù)，如表3所示，焊接節(jié)點如圖2所示。

（2）電阻焊機的選擇和電極材料的確定 電阻焊機我公司共有4臺，這次選用的焊機是最新設(shè)備220kVA中頻電焊機DB—220（見圖3），具有很好的穩(wěn)定性和很高的效率。

電極材料選用鉻鋯銅，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度高、耐磨抗爆、抗裂性及軟化溫度高，焊接時電極損耗少，焊接速度快、成本低等優(yōu)勢。

（3）焊前清理 焊接前用細砂紙打磨待焊表面，并丙酮擦拭干凈。

（4）焊后檢測 檢測標(biāo)準(zhǔn)要求如下：①機械剪切試驗：失效負載最低值為3 626N，最小平均值為4 449.2N。②宏觀檢測：取焊縫橫截面拋光、浸蝕以顯示出焊縫金屬，用10倍的放大鏡對斷面進行檢測，無裂紋、未焊透、噴濺和夾渣等缺陷。焊點熔核的最小寬度應(yīng)≥3mm，焊點深度（熔化深度）最小為較薄板層厚度的20%，最大為全部板層總厚度的80%。

檢測結(jié)果如下：①機械剪切試驗：分別對5個機械剪切試樣進行了拉伸，所有的材料都在母材上撕裂，結(jié)果如表4所示。②金相試驗：取橫截面拋光、浸蝕以顯示出焊縫金屬，用30倍顯微鏡進行檢測，結(jié)果為無裂紋、無夾渣、噴濺，有幾處未焊透，最長約0.47mm；焊點熔核寬度分別為5.02mm、4.40mm；焊點深度為1.13～1.17mm，均符合要求。

經(jīng)過對試樣的分析，未焊透可能是由于試樣表面清理不徹底以及采用放大鏡倍數(shù)過高所致。于是重新焊接5個試樣，在焊前進行了徹底清理，并要求檢測單位使用10倍放大鏡進行檢測，結(jié)果試樣完全滿足要求。

圖2

圖3

4. 結(jié)語

我公司用試驗確定的工藝參數(shù)焊接，焊接過程中無飛濺、焊點熔核內(nèi)無縮孔、裂紋等缺陷，滿足了產(chǎn)品要求，填補了我公司鎳合金電阻焊方面的空白，為今后該材料電阻焊的推廣提供了依據(jù)。

表3 焊接參數(shù)

表4

經(jīng)過客戶兩年多的項目產(chǎn)品實際使用，無論從耐腐蝕性以及分離效能上，都有很好的效果。

王杰，普爾利斯（中國）環(huán)保分離設(shè)備制造有限公司。