不同焊接方法的纯镍直缝焊管焊接接头组织和性能研究

摘要

镍及镍合金具有较高的强度、塑性以及可锻性，在冷、热状态下均具有良好的机械加工性能，因此可以通过各种冷热加工制成板材、箔材、线棒材以及管状等各类产品。镍及镍合金管常应用于制碱、氯碱化工、有机氯化物和食品加工等行业，尤其在各种耐强碱的设备中的应用广泛。等离子弧焊(PAW)能量密度高、穿透力强，能够实现板厚6mm以下镍及镍合金单面焊双面成形，用于镍及镍合金管的焊接具有较大的优势；钨极氩弧焊(TIG)可靠性高、易操作、电弧稳定，具有良好的覆盖能力，焊缝成形美观，性能良好，在镍及镍合金的焊接方面也得到了大量应用。
　　本研究分别采用PAW焊以及PAW+TIG焊两种不同的焊接方法，不添加填充材料，实现尺寸规格为Ф112mm×3.5mm×6500mm纯镍直缝焊管的焊接，对获得的焊接接头组织和性能进行对比分析和研究。从纯镍直缝焊管接头宏观形貌分析可知，两种焊接方法均能够实现板厚为3.5mm纯镍直缝焊管单面焊双面成形，与此同时，PAW+TIG焊能够有效避免PAW焊接接头咬边、凹陷、气孔等缺陷，获得了成形均匀、美观的鱼鳞纹状焊缝表面形貌；焊接接头显微组织观察结果表明，纯镍母材为均匀细小的单相奥氏体等轴晶组织，平均晶粒尺寸为47.32μm，PAW焊接接头热影响区为等轴晶组织，平均晶粒尺寸为96.43μm，焊缝区域形成了柱状晶组织，平均晶粒尺寸为463.57μm；PAW+TIG焊接接头各区域由于受到TIG电弧的二次加热作用，较 PAW接头组织出现长大现象，热影响区为等轴晶组织，平均晶粒尺寸为103.75μm，焊缝区域形成了粗大的柱状晶组织，平均晶粒尺寸为547.32μm；焊接接头XRD物相分析表明，两种焊接方法所获得的焊缝中物相组成与母材相同，基体均为奥氏体组织；焊接接头力学性能测试结果表明，PAW+TIG接头抗拉强度达到母材的85.60%，冲击功为母材的61.58%，较PAW接头力学性能虽有所降低，但均能满足镍管接头力学性能要求，均为韧性断裂；采用盲孔法测量镍管PAW焊接接头以及PAW+TIG焊接接头残余应力，结果表明：由于TIG电弧对焊接接头的二次加热作用对焊缝具有重熔和热处理作用，与PAW焊相比较，PAW+TIG焊可以显著降低镍管焊缝的轴向残余应力σx以及周向残余应力σy。室温浸泡试验与电化学试验结果均表明，纯镍母材、镍管 PAW焊缝以及镍管PAW+TIG焊缝在不同腐蚀溶液中耐蚀性均呈现相同的变化趋势，但耐蚀性由强到弱顺序为：母材，PAW+TIG焊缝，PAW焊缝。综合可见，PAW+TIG焊满足了镍管接头力学性能要求的同时，有效避免了接头咬边、气孔等缺陷，获得了成形均匀、美观的鱼鳞纹状焊缝表面形貌，成材率高，生产成本低，显著降低了镍管焊接接头的残余应力以及在腐蚀溶液中较 PAW焊缝具有更好的耐蚀性，是纯镍N6直缝焊管焊接的理想方法。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 镍及镍合金概述

1.3 镍及镍合金的焊接性

1.4 镍及镍合金的焊接方法

1.5 焊接残余应力研究

1.6 国内外研究现状

1.7 本课题研究的内容

第2章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

2.4 试验测试

2.5 本章小节

第3章 纯镍直缝焊管PAW焊接接头组织和性能分析

3.1 焊接接头宏观形貌分析

3.2 平均晶粒尺寸测量

3.3 纯镍N6母材显微组织分析

3.4 焊接接头显微组织分析

3.5 镍管焊缝XRD分析

3.6 镍管PAW焊接接头力学性能分析

3.7 本章小节

第4章 纯镍直缝焊管PAW+TIG焊接接头组织和性能分析

4.1 镍管PAW+TIG焊接接头宏观形貌分析

4.2 镍管PAW+TIG焊接接头显微组织分析

4.3 镍管PAW+TIG焊缝XRD分析

4.4 镍管PAW+TIG焊接接头力学性能分析

4.5 镍管焊接接头焊接残余应力测试与分析

4.6 本章小节

第5章 纯镍直缝焊管接头耐蚀性能研究

5.1 浸泡腐蚀试验分析

5.2 电化学腐蚀试验分析

5.3 本章小节

结论

参考文献

致谢

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