ロボットを使用したニッケル溶接の自動化

ニッケルおよびコバルト合金:

ニッケルおよびコバルトベースの合金は 2 つの耐熱性溶接材料であり、同様の目的で使用されるため、しばしば一緒にグループ化されます。耐熱性から耐食性まで、超合金としても知られるニッケルおよびコバルト基合金は、耐熱クラスの中で最も重要です。

耐熱合金は、他のより一般的な材料では機能しない高温での使用に一般的な厳しい条件に耐えるために開発された金属です。

耐熱材料を溶接しない場合でも求められる特性は?

• 短時間 (熱間引張強度) と長時間 (耐クリープ性) の両方で、酸化とスケーリングに対する耐性、適切な機械的特性と高温での耐性。
• 長期にわたる安定性。これらの材料に影響を与える厳しい使用条件は、構造と特性の変化を引き起こし、さらに亀裂が形成される可能性があります。
• 延性と高温粒界攻撃 (IGA) に対する耐性も重要です。耐熱合金を溶接しても、これらの特性が低下してはなりません。

鉄基合金

耐熱用途は、鋼の挙動が他のタイプの材料と似ているため、鋼とは見なされません。それらの組成は複雑で、重要な割合のニッケルとクロムが含まれており、特別な特性を提供するために他の元素が追加されています。

ニッケルまたはコバルト基合金

他の耐熱材料には、ベース金属がニッケルまたはコバルトである合金が含まれますが、それらの組成は、特別な目的のために他の異なる元素を添加することによって変更されます.

上記のベースメタルをさまざまな元素と合金化すると、さまざまなクラスの材料が生成されます。もっぱら組成から特性を引き出し、熱処理による改善の影響を受けにくいものは、固溶体によって硬化されると指定されます。耐熱材料の溶接が容易に行えます。このタイプの代表的なアイアンベースは、N-155 (またはマルチメット) と呼ばれます。典型的なニッケル ベースは、インコネル 600 とハステロイ X です。典型的なコバルト ベースは、L-605 (または HS-25) と S-816 です。

溶体化および沈殿 (またはエージング) プロセスによって硬化可能と呼ばれる他のクラスは、加熱および冷却中に発生する微細構造を変更する微妙な反応のために、熱処理に応答します。このタイプの典型的な鉄ベースは A-286 と Incoloy 901 です。典型的なニッケル ベースは Waspaloy です。

上記で説明したものと共通する特性の大部分を備えた別のクラスの材料は、耐腐食性合金と呼ばれ、熱の影響の有無にかかわらず、攻撃的な化学物質による攻撃に耐えるように設計されています。

ニッケルとコバルトは、卑金属と見なされると、一連の興味深い特性を備えており、その耐熱性により、特にガスタービン、炉付属品、高温化学処理システム、および耐食用途などの高温用途に役立ちます。

耐熱合金の溶接

原則として、耐熱材料の溶接は、焼きなましまたは溶体化処理された状態と呼ばれる最も延性の高い状態で行う必要があります。
ニッケルは鋼やステンレス鋼の合金化に使用される延性の金属元素であり、そのため関連する合金の特性を変更します。耐熱性と耐腐食性に優れているため、母材として使用されます。特に、必要に応じて合金化して処理すると、鋳造または鍛錬された形の両方で、熱による応力に対する耐性が向上します。

ニッケルベースの材料は、耐腐食性と高温特性を考慮して選択され、適切な熱処理が施されています。仕様でカバーされていますが、それらは主に商品名で知られています。固溶体によって硬化した合金は、焼きなまし状態で容易に溶接されます。鍛錬された形態の析出硬化性合金は、溶体化処理された状態で溶接され、その後必要に応じて熱処理が行われます。ハステロイ B、C、C276、N、X、インコネル 600、601、625、ルネ 41.

コバルトも延性金属です。幅広い特殊用途材料の主要な合金元素として使用されます。他の元素と合金化された卑金属として、その主な特性は高温での酸化とスケーリングに抵抗する能力ですが、高温では限られた強度しか発達しません.

コバルトの母材は、鋳造品か鍛造品かで組成が多少異なります。鋳造合金の一部は、HS 21、X 40 (Stellite 31)、G 34、Mar M 509、FSX 414 などの名前で知られています。

一般的な鍛造合金には、S 816、L605 (HS 25)、HS 188、Mar M 918、および G 32 B が含まれます。これらはすべて、約 20% のクロムと、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、バナジウムなどの炭化物形成元素を含んでいます。炭素含有量は、鋳造合金の場合は 0.25 ～ 1.0%、鍛造合金の場合は 0.05 ～ 0.4% です。

溶接

すべての主要な溶接プロセスが適用可能ですが、フラックスの使用により他の技術には見られない複雑さが生じるため、推奨されていないオキシアセチレン法を除く可能性があります。

摩擦圧接 耐熱材料の溶接に使用できます。溶体化および析出硬化によって特性を獲得する場合、接合部のすぐ近くの特性に対する溶接熱の影響に注意する必要があります。筋力低下の結果が好ましくない場合、他に制限事項はありません。

抵抗溶接 , スポットとシームの両方が耐熱合金の溶接に広く使用されています。特に、燃焼器ライナ、フレーム ホルダー、および最新のガス タービン エンジンやその他の熱間加工機械部品のその他の多くの要素など、多くの耐熱性板金アイテムは、生産または修理手順として、より最近の溶接で行われるのとほぼ同じように、スポットおよびシーム溶接されます。ステンレス鋼。

多くの場合、アーク溶接耐熱合金は、特に溶体化および析出熱処理によって硬化されたもので、溶接中または熱処理中に割れを生じる可能性があることに注意する必要があります。適切な手順。すべてのアーク溶接プロセスを使用できますが、材料の厚さによっては、他のプロセスよりも適しているものがあります。

ガス タングステン アーク溶接 薄い部分には耐熱合金が最​​適です。要素を保持する固定具に、アルゴンの細い流れが提供される溝に隣接する小さな穴のあるバックアップ銅バーを取り付けることをお勧めします。

耐熱合金を溶接するための溶加材の組成は、溶加材と母材の希釈比を考慮した場合に、母材の金属の組成と、ひび割れが発生しないような延性との適合性がなければなりません。

耐熱性の析出硬化性合金を溶接する前に、酸化を防ぐために、場合によっては真空または制御された雰囲気の炉で、適切なプロセス アニーリング熱処理によって、すべての成形応力または曲げ応力を除去する必要があります。必要に応じて、再溶解および沈殿 (時効) 処理を溶接の直後に行う必要があります。シールド メタル アーク溶接は、固溶体強化耐熱合金に使用されることがありますが、溶体化および析出硬化合金には使用されません。

欠陥の管理

この種の溶接耐熱合金に発生しやすい欠陥のうち、気孔率は、溶接前の適切な洗浄と表面汚染の除去によって制御されます。耐熱合金を溶接する前に、ワークピースと溶加材を洗浄することが重要です。溶接部または母材金属のいかなる種類の亀裂も認められません。ジョイントの設計では、応力集中と多軸応力を避ける必要があります。大きな残留収縮応力を生み出す高入熱も、クラックの原因となる可能性があります。

耐熱合金の高エネルギー溶接は、溶接中に部品が受ける拘束の程度に応じて、さまざまなレベルの溶接性を示します。通常は溶接性が非常に低いニッケル鋳造合金でさえ、要求の厳しい用途では電子ビーム溶接できます。

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