高温合金对焊接性的影响

   随着使用温度的升高，高温合金的化学成分越来越复杂，焊接难度也越来越大。影响焊接性能的四个因素是材料因素、设计因素、工艺因素和使用环境。高温合金的可焊性是指在一定的焊接条件下，对裂纹敏感性、组织均匀性、焊接接头力学性能以及采取工艺措施的可行性进行综合评价。

高温合金的焊接性主要受以下因素的影响

1） 高温合金的焊接裂纹敏感性

在高温合金的焊接过程中，经常会出现热裂纹和再热裂纹。热裂纹分为结晶裂纹和液化裂纹。再热裂纹主要是应变时效裂纹。液化裂纹的形成机理与结晶裂纹的形成机理相同，都是由于在高温焊接条件下，晶粒间存在弱的低熔点相或共晶相，不能承受力的作用。二者的区别在于液态焊缝金属凝固过程中形成结晶裂纹，而固态母材在热循环峰值温度作用下重熔晶间层后形成液化裂纹。应变时效裂纹一般发生在沉淀强化高温合金焊后时效处理或焊后高温时效处理过程中。由于沉淀强化，晶界强度普遍低于高温环境下的晶界强度，这是由于G′的大量沉淀，由于杂质元素偏析的不利影响，进一步削弱了晶界。结果表明，塑性变形发生在晶界处，增加了应变时效裂纹的倾向。当晶界的实际变形超过其塑性变形能力时，裂纹会发生应变时效裂纹。

2） 焊接接头组织不均匀性

高温合金焊接接头的显微组织表现出明显的不均匀性，并且由于化学成分和焊接工艺的不同而存在明显的差异。固溶强化高温合金的组织相对简单。焊接后，焊缝金属由变形组织转变为铸造组织。由于熔池冷却速度快，焊缝金属因晶内偏析形成层状组织，严重偏析导致枝晶间形成共晶组织。例如，固溶强化高温合金gh1015、gh1016和GH1140具有良好的焊接性能和良好的焊接组织。相比之下，沉淀强化高温合金和铸造高温合金的组织更为复杂，焊缝和热影响区的组织和成分更为复杂。焊缝金属在焊接过程中经历熔化和凝固的过程。原始的G'相和碳化物溶解在基体中形成单一的G固溶体。焊缝金属冷却速度快，容易形成横向枝晶短、主轴长的枝晶。枝晶与主轴之间存在较大的偏析，导致焊缝共晶。在热循环周期性较大的热影响区，强化相G′溶解，碳化物转变，使热影响区组织复杂，影响高温合金的性能。例如，GH4169是具有细晶粒和等轴晶粒的变形合金。焊缝组织与母材完全不同，枝晶轴垂直于焊缝。焊接接头的显微组织对其拉伸性能影响不大，但会显著降低其耐久性和疲劳性能。

3） 焊接接头的等强度。

高温合金的使用环境一般受到高温和应力的同时作用，因此要求高温合金的焊接接头具有良好的高温强度、塑性、低周疲劳性能以及良好的抗氧化和耐腐蚀性能。同时，预计焊接接头的强度与母材相同，即焊接接头的强度相等。一般说来，高温合金焊接的主要问题除了焊接过程中或焊接后产生的裂纹和微裂纹外，还包括力学性能的降低。焊接一般会使抗拉强度和屈服强度明显降低，塑性降低。此外，焊接熔体的凝固会引起元素偏析，降低其抗氧化性和耐蚀性，恶化焊接质量