Nickelschweißautomatisierung mit Robotern

Nickel- und Kobaltlegierungen:

Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis sind zwei hitzebeständige Schweißmaterialien, die oft zusammen gruppiert werden, weil sie für ähnliche Zwecke verwendet werden. Von der Hitzebeständigkeit bis zur Korrosionsbeständigkeit sind Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis, auch als Superlegierungen bekannt, die wichtigsten der hitzebeständigen Klasse.

Hitzebeständige Legierungen sind Metalle, die entwickelt wurden, um den harten Einsatzbedingungen bei erhöhten Temperaturen standzuhalten, bei denen andere üblichere Materialien versagen würden.

Welche Eigenschaften sind erforderlich, auch wenn nicht hitzebeständige Materialien geschweißt werden?

• Beständigkeit gegen Oxidation und Verzunderung, angemessene mechanische Eigenschaften und Beständigkeit bei hohen Temperaturen, sowohl für kurze Zeit (Warmzugfestigkeit) als auch für längere Zeit (Kriechfestigkeit).
• Stabilität mit der Zeit. Die harten Betriebsbedingungen, denen diese Materialien ausgesetzt sind, können zu Veränderungen in der Struktur und den Eigenschaften mit weiterer Rissbildung führen.
• Duktilität und Beständigkeit gegen intergranularen Hochtemperaturangriff (IGA) sind ebenfalls wichtig. Schweißwarmfeste Legierungen sollten diese Eigenschaften nicht verschlechtern.

Legierungen auf Eisenbasis

Hitzebeständige Anwendungen gelten nicht als Stähle, da ihr Verhalten ähnlich wie bei anderen Arten von Materialien ist. Ihre Zusammensetzung ist komplex und enthält wichtige Prozentsätze von Nickel und Chrom, wobei andere Elemente hinzugefügt werden, um besondere Eigenschaften zu verleihen.

Legierungen auf Nickel- oder Kobaltbasis

Andere hitzebeständige Materialien umfassen Legierungen, deren Basismetall Nickel oder Kobalt ist, während ihre Zusammensetzung durch Zugabe anderer unterschiedlicher Elemente für spezielle Zwecke modifiziert wird.

Das Legieren unedler Metalle wie oben mit verschiedenen Elementen erzeugt unterschiedliche Materialklassen. Als mischkristallgehärtet werden solche bezeichnet, die ihre Eigenschaften ausschließlich aus ihrer Zusammensetzung ableiten und einer Verbesserung durch Wärmebehandlung nicht zugänglich sind. Das Schweißen von hitzebeständigen Materialien dieser Art ist leicht durchzuführen. Eine typische Eisenbasis dieses Typs wird N-155 (oder Multimet) genannt. Typische Nickelbasis sind Inconel 600 und Hastelloy X. Typische Kobaltbasis sind L-605 (oder HS-25) und S-816.

Andere Klassen, die als härtbar durch Lösungs- und Ausscheidungs- (oder Alterungs-) Prozesse bezeichnet werden, reagieren auf Wärmebehandlung aufgrund subtiler Reaktionen, die ihre Mikrostruktur verändern und während des Erhitzens und Abkühlens stattfinden. Typische Eisenbasen dieses Typs sind A-286 und Incoloy 901. Typische Nickelbasen sind Waspaloy.

Eine andere Klasse von Materialien, die eine Vielzahl von Eigenschaften mit den oben beschriebenen gemeinsam haben, werden als korrosionsbeständige Legierungen bezeichnet, die dem Angriff aggressiver Chemikalien mit oder ohne Einfluss von überlagerter Hitze widerstehen.

Als unedle Metalle betrachtet, haben Nickel und Kobalt eine Reihe interessanter Eigenschaften, die sie aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen nützlich machen, insbesondere für Gasturbinen, Ofenzubehör, heiße chemische Verarbeitungssysteme und auch für korrosionsbeständige Anwendungen.

Schweißen von hitzebeständigen Legierungen

Als allgemeine Regel sollte das Schweißen von hitzebeständigen Materialien in ihrem duktilsten Zustand durchgeführt werden, der oft als geglühter oder lösungsgeglühter Zustand bezeichnet wird.
Nickel ist ein duktiles metallisches Element, das zum Legieren von Stählen und rostfreien Stählen und als solches verwendet wird es modifiziert die Eigenschaften der beteiligten Legierungen. Als unedles Metall wird es wegen seiner bemerkenswerten Hitze- und Korrosionsbeständigkeit verwendet. Insbesondere kann es sowohl in gegossener als auch in geschmiedeter Form eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Hitzebelastung entwickeln, wenn es legiert und nach Bedarf behandelt wird.

Materialien auf Nickelbasis werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen mit angemessenen Wärmebehandlungen ausgewählt. Obwohl sie durch Spezifikationen abgedeckt sind, sind sie meist unter Handelsnamen bekannt. Mit Solid Solution gehärtete Legierungen sind im geglühten Zustand gut schweißbar. Ausscheidungshärtbare Legierungen in Knetform werden im lösungsgeglühten Zustand geschweißt, gefolgt von einer Wärmebehandlung wie erforderlich. Von den Namen der schweißbaren Knetlegierungen können wir im Folgenden einige auflisten:Hastelloy B, C, C276, N, X, Inconel 600, 601, 625, Rene 41.

Auch Kobalt ist ein duktiles Metall. Es wird als Hauptlegierungselement für eine große Auswahl an Spezialwerkstoffen verwendet. Als unedles Metall, das mit anderen Elementen legiert ist, ist seine Haupteigenschaft die Fähigkeit, Oxidation und Verzunderung bei erhöhten Temperaturen zu widerstehen, obwohl es bei hohen Temperaturen nur eine begrenzte Festigkeit entwickelt.

Materialien auf Kobaltbasis haben etwas unterschiedliche Zusammensetzungen, je nachdem, ob sie in gegossener oder geschmiedeter Form vorliegen. Einige der Gusslegierungen sind unter folgenden Namen bekannt:HS 21, X 40 (Stellite 31), G 34, Mar M 509 und FSX 414.

Übliche Knetlegierungen umfassen:S 816, L605 (HS 25), HS 188, Mar M 918 und G 32 B. Alle diese haben etwa 20 % Chrom und einige karbidbildende Elemente wie Niob, Tantal, Zirkonium, Vanadium. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 0,25–1,0 % für Gusslegierungen und 0,05–0,4 % für Knetlegierungen.

Schweißen

Alle gängigen Schweißverfahren sind anwendbar, möglicherweise mit Ausnahme des Acetylen-Sauerstoffverfahrens, das nicht empfohlen wird, da die Verwendung von Flussmitteln Komplikationen mit sich bringt, die bei anderen Techniken nicht vorhanden sind.

Reibschweißen kann zum Schweißen von hitzebeständigen Materialien verwendet werden. Bei denjenigen, die ihre Eigenschaften durch Lösungs- und Ausscheidungshärtung erhalten, muss der Einfluss der Schweißwärme auf die Eigenschaften in unmittelbarer Nahtumgebung beachtet werden. Wenn das Ergebnis der reduzierten Stärke nicht zu beanstanden ist, gibt es keine anderen einschränkenden Überlegungen.

Widerstandsschweißen , Sowohl Punkt- als auch Nahtschweißen wird häufig zum Schweißen von hitzebeständigen Legierungen verwendet. Insbesondere viele hitzebeständige Blechteile, wie Brennkammerauskleidungen, Flammenhalter und viele andere Elemente moderner Gasturbinentriebwerke und anderer heißbearbeitender Maschinenteile, werden als Produktions- oder Reparaturverfahren punkt- und nahtgeschweißt, ähnlich wie dies bei höheren Strömen der Fall ist Edelstähle.

Es ist zu beachten, dass beim Lichtbogenschweißen hitzebeständiger Legierungen in vielen Fällen Risse entstehen können, insbesondere bei solchen, die durch Lösungs- und Ausscheidungswärmebehandlungen gehärtet wurden, während des Schweißens oder während der Wärmebehandlung:Aus diesem Grund sollte sehr darauf geachtet werden, dass keine Rissbildung entsteht geeignete Verfahren. Alle Lichtbogenschweißverfahren können verwendet werden, aber je nach Dicke der Materialien sind einige besser geeignet als andere.

Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen hitzebeständige Legierungen eignen sich am besten für dünne Abschnitte. Es ist eine gute Praxis, Vorrichtungen zu haben, die die Elemente halten, die mit einer Kupferschiene mit winzigen Löchern versehen sind, die an eine Nut anstoßen, durch die ein dünner Argonstrom geliefert wird.

Füllmetallzusammensetzungen zum Schweißen von hitzebeständigen Legierungen sollten mit denen des Grundmetalls kompatibel sein und eine solche Duktilität aufweisen, dass bei Berücksichtigung des Verdünnungsverhältnisses von Füllmaterial zu Grundmetall eine maximale Rissfreiheit gewährleistet ist.

Vor dem Schweißen von hitzebeständigen ausscheidungshärtbaren Legierungen sollten diese durch eine geeignete Prozessglühung von allen Umform- oder Biegespannungen entlastet werden, eventuell in einem Vakuum- oder Schutzgasofen, um eine Oxidation zu verhindern. Falls erforderlich, sollte eine Auflösungs- und Ausscheidungs-(Alterungs-)behandlung unmittelbar nach dem Schweißen erfolgen. Shielded Metal Arc Welding wird manchmal für mischkristallverstärkte hitzebeständige Legierungen verwendet, wird jedoch nicht für lösungs- und ausscheidungsgehärtete verwendet.

Kontrolle von Fehlern

Von den Defekten, die bei dieser Art von hitzebeständigen Schweißlegierungen wahrscheinlich auftreten, wird die Porosität durch eine ordnungsgemäße Reinigung vor dem Schweißen und das Entfernen von Oberflächenverunreinigungen kontrolliert. Die Reinigung des Werkstücks und des Schweißzusatzes vor dem Schweißen von hitzebeständigen Legierungen ist von entscheidender Bedeutung. Risse jeglicher Art in der Schweißnaht oder im Grundwerkstoff werden niemals zugelassen. Die Verbindungskonstruktion sollte Spannungskonzentrationen und mehrachsige Spannungen vermeiden. Eine Ursache für Risse kann auch ein hoher Wärmeeintrag sein, der große Restschrumpfspannungen erzeugt.

Das Hochenergieschweißen von hitzebeständigen Legierungen bietet verschiedene Grade der Schweißbarkeit, abhängig von dem Maß der Einspannung, der die Teile während des Schweißens ausgesetzt sind. Sogar Nickel-Gusslegierungen, die normalerweise eine sehr geringe Schweißbarkeit aufweisen, können für nicht anspruchsvolle Anwendungen elektronenstrahlgeschweißt werden.

Wenn Sie daran interessiert sind, eine Nickel- oder Kobaltschweißanwendung zu automatisieren, wenden Sie sich unter 877-762-6881 an unsere Mitarbeiter oder füllen Sie ein Kontaktformular aus, damit unsere Ingenieure die besten Optionen für Ihre Prozessanforderungen erarbeiten können.