氢在焊接过程中主要以原子或离子形式溶解于高温金属中,冷却后可能聚集形成氢气泡,导致氢脆或裂纹。镍基合金管焊接过程的氢来源和材料特性、焊接工艺、环境因素有关。
焊接材料是氢的主要来源之一。
焊条药皮、焊剂中的水分及有机物在高温下分解会释放大量氢原子。例如,未烘干的焊条在施焊时,水蒸气分解可直接向熔池注入氢。此外,母材坡口表面的铁锈(含结晶水)、油污等杂质在电弧高温下也会分解产氢。环境中的水蒸气同样不可忽视,尤其在湿度较高的条件下,电弧周围空气中的水分可能被电离并进入焊缝。
在气体保护焊(如TIG、MIG)中,保护气体的纯度直接影响氢含量。
若CO₂气体含有水分,焊接时会分解为氢和氧。值得注意的是,TIG焊接镍基合金时,常人为添加2%-5%的氢气至氩气中,以改善电弧稳定性和熔池流动性。这部分氢虽为工艺所需,但若控制不当可能增加焊缝氢含量。此外,氩氢混合气中的氢在高温下可能部分残留在焊缝中,成为潜在氢源。
镍基合金因其高镍含量(通常≥58%)和致密奥氏体结构,对氢有较强的吸收能力。
氢原子在高温下易扩散至晶格间隙,冷却时因溶解度降低而析出,聚集于晶界或缺陷处形成氢分子,导致局部应力集中。某些特种镍基合金(如N10002)通过添加钼、钒等元素,可抑制氢扩散并减少氢脆风险,但普通镍基合金仍需严格管控氢输入。
焊接后,氢在镍基合金中的扩散行为尤为活跃。
由于镍基合金热膨胀系数高,冷却时产生的内应力会加速氢向薄弱区域迁移,可能引发延迟氢致裂纹。控制氢含量的关键措施包括:烘干焊接材料、清理工件表面、使用高纯度保护气体,以及必要时采用后热处理(如消氢处理)以驱散残留氢。然而,氩氢混合气的工艺需求与低氢目标存在矛盾,需通过精确调控氢比例平衡性能与风险。
镍基合金管焊接中的氢来源多元且复杂,需从材料、工艺、环境三个方面协同管控,以保障焊接接头的可靠性!