Hợp kim dựa trên niken được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, năng lượng và hóa chất, đóng tàu và các trường khác do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, cường độ nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi. Tuy nhiên, quá trình hàn rất phức tạp và dễ bị các khiếm khuyết như vết nứt nhiệt và lỗ chân lông. Cần chọn các phương thức thích hợp và xử lý các tham số dựa trên các thuộc tính vật liệu. Sau đây là các công nghệ cốt lõi và tiến trình nghiên cứu của hàn hợp kim niken:
1. Phương pháp hàn thông thường
Hàn được che chắn khí trơ: Hàn khí trơ vonfram (GTAW) và hàn khí trơ kim loại (GMAW) là các phương pháp ưa thích cho hàn hợp kim niken, đặc biệt đối với các ống có thành mỏng và các bộ phận nhỏ, có thể tránh được quá trình oxy hóa và tạp chất.
Hàn laser và hàn chùm electron: Công nghệ hàn chùm năng lượng cao (như hàn laser và hàn chùm electron) có thể đạt được kết nối độ chính xác cao của hợp kim niken tấm dày, với cấu trúc hàn dày đặc và vùng nhỏ bị ảnh hưởng bởi nhiệt. Nó đã được áp dụng thành công trong việc hàn các thành phần kết thúc nóng của tuabin khí và các tấm tàu dày.
Hàn và hàn khuếch tán: Hàn khuếch tán (như hàn khuếch tán pha lỏng thoáng qua) bằng cách sử dụng các hợp kim dựa trên niken làm lớp trung gian có thể giải quyết vấn đề kết nối của vật liệu không giống nhau (như hợp kim nhôm-nhiễm trùng sắt) và độ bền khớp có thể đạt hơn 70% vật liệu của cha mẹ.
2. Lựa chọn vật liệu hàn và kiểm soát quy trình
Kết hợp vật liệu hàn: Dây hàn hoặc thanh hàn có thành phần tương tự với vật liệu gốc nên được chọn, chẳng hạn như vật liệu hàn hợp kim niken cao crom (như ARC625, Incoloy 825) để giảm nguy cơ phân biệt nguyên tố.
Tối ưu hóa tham số quá trình: Trong quá trình hàn phun hồ quang plasma, sự gia tăng dòng điện truyền sẽ làm giảm độ cứng và điện trở hao mòn của lớp hàn, nhưng việc bổ sung cacbua vonfram (WC) có thể cải thiện đáng kể hiệu suất. Hàn hợp kim đồng-niken đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ bảo vệ argon để ngăn chặn sự hình thành lỗ chân lông.
3. Phòng ngừa khiếm khuyết và kiểm soát chất lượng
Các vết nứt và lỗ chân lông nóng: Nguy cơ vết nứt nóng có thể giảm bằng cách kiểm soát nhiệt độ xen kẽ (tránh ở lại vùng nhạy cảm), giữ cho môi trường hàn khô và sử dụng công nghệ hạt hàn hẹp.
Quản lý ứng suất dư: Phương pháp lỗ mù và phương pháp thụt có thể kiểm tra chính xác ứng suất còn lại hàn. Hệ số hiệu chuẩn cần được kết hợp với hiệu chuẩn thực tế thay vì tính toán lý thuyết để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.
4. Các trường hợp ứng dụng điển hình
Trường năng lượng hạt nhân: Đường truyền vết nứt của hợp kim dựa trên niken 52M không giống nhau cần được chú ý. Vết nứt rất dễ làm chệch hướng đến vật liệu cường độ thấp và quy trình đánh giá cần được điều chỉnh kết hợp với sự không phù hợp về cường độ vật chất.
Môi trường nhiệt độ cực thấp: Hàn được bảo vệ khí thải (FCAW-G) đã được sử dụng thành công cho -196 Hàng hàn của hợp kim Incoloy 825 và độ bền của khớp đáp ứng tiêu chuẩn, đáp ứng nhu cầu của thiết bị khí đốt tự nhiên hóa lỏng.
Hàn tấm tổng hợp: Công nghệ ốp điện cực điện cực có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn giữa các tấm tổng hợp dựa trên niken, đồng thời đảm bảo độ bền của vật liệu cơ bản.
5. Hướng nghiên cứu trong tương lai
Nghiên cứu hiện tại tập trung vào hàn chùm năng lượng cao thông minh, phân tích hành vi giao diện vật liệu không giống nhau và mô phỏng số của quá trình hàn. Ví dụ, công nghệ ốp laser có thể sửa chữa sự hao mòn của các bộ phận hợp kim nhiệt độ cao, và các khớp hàn của hợp kim dựa trên niken và ống composite bằng thép carbon đã vượt qua các thử nghiệm ăn mòn giữa các hạt và cơ học, cung cấp các giải pháp mới cho điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Phần kết luận
Tiến trình của công nghệ hàn hợp kim niken phụ thuộc vào sự phát triển phối hợp của khoa học vật liệu, tối ưu hóa quy trình và công nghệ phát hiện. Trong tương lai, với việc phổ biến các thiết bị hàn thông minh và phát triển vật liệu hàn mới, hiệu quả và chất lượng của hàn hợp kim niken sẽ được cải thiện hơn nữa, thúc đẩy nâng cấp ngành sản xuất cao cấp.
