Nikkellegeringer

Nikkellegeringer er på grund af deres fremragende korrosionsbestandighed og høje temperaturstyrke meget udbredt i kritiske industrielle applikationer. Svejsningen af ​​disse legeringer giver dog flere udfordringer på grund af deres kemiske sammensætning og fysiske egenskaber. Svejsning af nikkellegeringer kræver omhyggelig overvejelse af procesparametrene og udvælgelse af passende fyldmaterialer for at afbøde risikoen for skadelige effekter såsom varmerevner, størkningsforstyrrelser og overdreven hærdning af den varmepåvirkede zone (HAZ). En af de primære bekymringer ved svejsning af nikkellegeringer er tendensen til, at svejsemetallet er følsomt over for varme revner. Dette skyldes, at nikkellegeringer har en høj affinitet til svovl, hvilket kan føre til dannelse af nikkelsulfid-indeslutninger under størkning. For at minimere denne risiko kan forvarmning være nødvendig for at reducere niveauet af diffuserbart brint og sænke svejsebassinets afkølingshastighed. Varmebehandling efter svejsning er også ofte påkrævet for at afhjælpe resterende spændinger og omfordele bundfald, hvilket hjælper med at reducere hårdheden og modtageligheden for revner. Valg af den rigtige svejseproces er afgørende for vellykket svejsning af nikkellegeringer. Almindelige svejseprocesser omfatter gaswolframbuesvejsning (GTAW), gasmetalbuesvejsning (GMAW), elektronstrålesvejsning (EBW) og modstandssømsvejsning. GTAW foretrækkes ofte for dets præcision og evne til at producere rene svejsninger med minimalt sprøjt. GMAW er med sine højere aflejringshastigheder også en levedygtig mulighed, men kræver omhyggelig kontrol med beskyttelsesgasser og varmetilførsel. EBW tilbyder dyb penetration og er velegnet til svejsning af tynde sektioner eller sammenføjning af uens metaller. Valg af fyldmetal er et andet vigtigt aspekt ved svejsning af nikkellegeringer. Fyldningsmetaller skal være kompatible med basismetallet og give den nødvendige korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber. Nikkelbaserede fyldmetaller er almindeligt anvendte, og de kan matches eller mismatches til basislegeringen, afhængigt af servicebetingelserne og de krævede egenskaber. Fyldmetallet bør også afgasses grundigt før brug for at forhindre indeslutning af brint, hvilket kan forårsage koldafslutning eller andre defekter. Forbrugsstoffer såsom flusmidler eller inerte gasser som argon eller helium kan bruges til at beskytte svejsningen mod atmosfærisk forurening og til at stabilisere lysbuen. I nogle tilfælde kan flusmidler også hjælpe med slaggedannelsen, hvilket kan hjælpe med at forhindre forurening af svejsemetal.

Nikkellegeringer er kendt for deres fremragende mekaniske egenskaber og modstandsdygtighed over for korrosion ved høje temperaturer, hovedsagelig på grund af varmebehandlingsprocesser, der forfiner deres mikrostrukturer og optimerer deres ydeevne. Varmebehandling involverer en række processer såsom udglødning, opløsningsbehandling, ældning, udfældningshærdning og temperering, hver skræddersyet til de specifikke egenskaber og krav til den pågældende nikkellegering. Udglødning er en almindelig varmebehandlingsproces, der anvendes på nikkellegeringer for at lindre indre spændinger, forbedre duktiliteten og lette formning eller bearbejdning. Under udglødning opvarmes legeringen til en temperatur over omkrystallisationstemperaturen og afkøles derefter med en passende hastighed. Denne proces tillader nye stammefrie korn at vokse, hvilket effektivt eliminerer tidligere arbejdshærdningseffekter. Opløsningsbehandling, også kendt som fuld udglødning, bruges til at opnå en enkeltfaset mikrostruktur i ældningshærdelige nikkellegeringer. Denne behandling involverer hævning af legeringen til en temperatur over faststofopløselighedsgrænsen for forstærkningselementerne og derefter hurtig bratkøling for at fryse i disse elementer i fast opløsning. Denne proces er forberedende til efterfølgende ældnings- eller udfældningsbehandlinger. Udfældningshærdning er en metode, der bruges til at øge flydespændingen af ​​nikkellegeringer markant. Efter opløsningsbehandling udsættes legeringen for en kontrolleret opvarmningscyklus, der tilskynder til udfældning af visse faser i matrixen. Afkølingshastigheden efter denne behandling kan påvirke størrelsen og fordelingen af ​​bundfald, hvilket igen bestemmer legeringens mekaniske egenskaber. Aldershærdning er en relateret proces, hvor legeringen holdes ved forhøjede temperaturer i bestemte tidsintervaller for at inducere udfældning af hærdningsfaser. Denne proces styres omhyggeligt for at opnå den ønskede styrke uden at gå på kompromis med duktiliteten. Styring af varmebehandlingsparametrene, herunder temperatur, tid, opvarmnings- og afkølingshastigheder og arten af ​​de termiske cyklusser, er afgørende for at opnå de ønskede egenskaber i nikkellegeringer. For eksempel kan en for hurtig afkølingshastighed resultere i tilbageholdte spændinger eller en ikke-homogen mikrostruktur, mens en for langsom hastighed kan tillade uønskede faser at præcipitere for tidligt. Effektiviteten af ​​varmebehandling på nikkellegeringer afhænger af legeringens sammensætning og de specifikke driftsforhold, den vil møde. Nogle legeringer kan kræve flere varmebehandlingstrin eller kombinationer deraf for at opnå optimal balance mellem styrke, duktilitet og korrosionsbestandighed.