保护气体对镍基药芯焊丝堆焊层性能的影响——文献学习体会

文献概况与工程背景

本文出自张杰（东方电气集团东方锅炉股份有限公司），发表于《焊接技术》2014年第43卷第7期（12-14页）。研究采用Ni6625镍基药芯焊丝（直径1.2 mm），在1.7335（1Cr-0.5Mo）钢基材上进行堆焊试验，对比了两种保护气体——C1（纯CO₂）和M21（Ar+CO₂混合气体）对堆焊层化学成分、力学性能和耐腐蚀性能的影响。

试验条件与材料体系

焊丝规格

Ni6625镍基药芯焊丝是一种高镍合金焊丝，主要成分为Ni、Cr、Mo、Fe等。其堆焊层具有优异的耐高温腐蚀性能，广泛应用于锅炉、石化、电力等高温腐蚀工况。

基材特性

1.7335（1Cr-0.5Mo）钢是一种中碳低合金耐热钢，具有良好的高温强度和抗氧化性能，常用于锅炉过热器、再热器等高温部件。该钢种的碳当量较高，焊接性相对较差，堆焊时需要特别注意热裂纹和冷裂纹的控制。

保护气体对比

堆焊层性能对比分析

化学成分

两种保护气体下堆焊层的化学成分均能满足EN规范要求。CO₂的氧化性较强，可能导致堆焊层中Mn、Si等脱氧元素的含量略有降低，但对Ni、Cr、Mo等主要合金元素的影响不大。

力学性能

采用CO₂保护气体的堆焊层综合力学性能优于Ar+CO₂混合气体保护。这可能与CO₂的氧化性有关——适度的氧化性有助于细化晶粒，提高强度。

耐腐蚀性能

采用CO₂保护的堆焊层耐腐蚀性能优于Ar+CO₂混合气体保护。CO₂的氧化性可能在堆焊层表面形成一层致密的氧化膜，有利于提高耐腐蚀性。此外，CO₂保护下的堆焊层组织可能更为致密，减少了腐蚀介质的渗透通道。

保护气体对焊接冶金过程的影响

熔池保护效果

CO₂在电弧高温下分解为CO和O，O与熔池中的Mn、Si等元素反应，起到脱氧作用。但过度的氧化可能导致合金元素烧损，影响堆焊层的化学成分和性能。

电弧稳定性

CO₂保护电弧的稳定性较好，但飞溅较大。Ar+CO₂混合气体保护电弧更为柔和，飞溅较小，但保护效果可能不如纯CO₂。

熔池流动性

保护气体种类影响熔池的流动性和成形。CO₂保护下的熔池流动性较好，有利于熔敷金属对基材的润湿。

学习心得与工程启示

本文的研究结论——CO₂保护气体下Ni6625镍基药芯焊丝的堆焊层综合力学性能和耐腐蚀性能优于Ar+CO₂混合气体保护——具有一定的反直觉性。通常认为Ar+CO₂混合气体保护效果优于纯CO₂，但本文的试验结果表明，对于镍基药芯焊丝在1Cr-0.5Mo钢上的堆焊，纯CO₂保护反而更优。

这一结论提醒我们：保护气体的选择不能一概而论，必须结合具体的焊接材料体系、基材特性和性能要求来综合考虑。镍基合金焊丝本身含有大量Ni、Cr等抗氧化元素，对保护气体的依赖性相对较低；而CO₂的适度氧化性反而有助于细化晶粒、提高强度和耐腐蚀性。

在实际工程应用中，保护气体的选择还需要考虑以下因素。

• 成本效益：CO₂成本低，Ar+CO₂混合气体成本高。如果CO₂保护下的性能满足要求，应优先选择CO₂。
• 飞溅控制：CO₂保护飞溅较大，需要采取适当的飞溅控制措施（如焊枪参数优化、添加稳弧剂）。
• 焊接效率：保护气体影响电弧特性和熔敷效率，进而影响焊接生产效率。
• 工艺稳定性：保护气体的成分和流量需要严格控制，以确保堆焊层性能的一致性。

本文的研究方法——通过系统试验对比不同保护气体对堆焊层性能的影响——是焊接材料研发中的经典方法。在锅炉、石化等高温腐蚀工况中，镍基堆焊层的应用越来越广泛，保护气体的优化选择对于提高堆焊层性能、延长设备寿命具有重要意义。本文的研究为Ni6625镍基药芯焊丝在1Cr-0.5Mo钢上的堆焊工艺优化提供了有价值的参考数据。