隨著石油化工工業的迅速發展，處於高壓、高溫以及在腐蝕條件下（xià）操（cāo）作的（de）設備越來越（yuè）多，並有向（xiàng）大型化、高參數發展的趨（qū）勢，不鏽鋼、鎳基（jī）材（cái）料（Ni-Mo、Ni-Cr-Mo）類設（shè）備是首選材料。如果 全部用（yòng）上述材（cái）料製造，代價太高。為了降低生產成本，節省昂（áng）貴（guì）的材料，隻要在設備表麵或內壁堆 焊一層鎳基高溫合金或不鏽鋼，即可增（zēng）加設備的耐腐蝕性能。特別是鎳基高溫合金，屬於比較重要 的耐腐蝕材料,和普通（tōng）不鏽鋼、其它耐腐蝕金屬、非金屬的材（cái）料相比（bǐ）,它們在各種不同的腐蝕環境中， 甚至（zhì）是化學腐蝕與電化學腐蝕中,具備耐各（gè）種形式的腐蝕和破（pò）壞的能力,並且具備良（liáng）好的力學性（xìng）能和 機加工性能,其綜合抗腐蝕性能（néng）比一般不鏽（xiù）鋼及其它耐腐蝕金屬材料強，尤其適宜於介質環境苛刻的 當代工業。

 

　　成熟的氣霧化製粉（fěn）工（gōng）藝和氬氣保護煉鋼方式，即：將原材料在真空爐內做成真空錠，之後在非 真空爐中重熔，並在液氬保護下實現傾倒鋼液、氣霧化，全過程氬氣保護鋼液，得到與真空爐霧化 法製取同樣質量的產品。

 

　　1、氬氣保護（hù）氣霧化法製取（qǔ）高溫合金焊粉

 

　　1.1 氣霧化法（fǎ）製粉原理

 

　　根據合（hé）金牌號的化學成分配料後，通（tōng）過中（zhōng）頻爐（lú）加熱熔化金屬材料後，熔融（róng）金屬按一定的澆注速度，通過霧化噴嘴，在密閉的霧化室內（霧化室內充滿純氮氣，氧含量低於0.02%以下）由高速氮（dàn）氣衝（chōng）擊（jī）合金（jīn）流柱（zhù），形成細小的合金（jīn）液滴，合金液滴（dī）在霧化室內做自由落體飛行，通過一特定噴嘴（zuǐ）用超音（yīn）速的氣體射（shè）流將熔融的金屬或合金液流粉碎形成（chéng）金屬（shǔ）或合金粉末的過（guò）程，將飛行的合金液滴在0.5——1.0秒（miǎo）瞬間凝固成細小的粉末。

 

　　此（cǐ）方法可以生產熔點低（dī）於1700℃的各種金屬及合金粉末，所得粉末為（wéi）球形，粉末表麵的氧化程度也比水霧化的低（隻有l/10左右（yòu）），且粉末粒度分（fèn）布寬（中位徑10-100μm）。常用的霧化介質有氮氣、氬氣或空氣。

 

　　氣霧化生產金屬或合（hé）金粉末（mò）具有下（xià）列特點：[1]

 

　　1）在熔煉過程中可加入各種合金元素（sù），製得範圍廣（guǎng）泛的、具有多種化學（xué）成分的合（hé）金（jīn）粉末。

 

　　2）製得的（de）粉末具（jù）有（yǒu）化學成分（fèn）相同且均勻（yún），沒有偏析，非金（jīn）屬夾（jiá）雜物少，純度高。

 

　　3）粉末顆粒成球形或類球形，且顆粒大小、粒度分布可通（tōng）過改變霧化工藝和調節工藝參數進（jìn）行調（diào）整。

 

　　4）粉末的氧（yǎng）化物主要集（jí）中在顆（kē）粒的表麵，其氧化程度可借助於調節霧化（huà）工藝參數進行調整，能獲得含氧量極（jí）低的優質合金粉末。

 

　　5）粉末性（xìng）能重複性高，適於大批量生產性能一致的粉（fěn）末。

 

　　1.2 氬（yà）氣全程保護

 

　　氬氣是（shì）一種惰性氣體，不與鋼液發生任何反應，用以隔離空氣，保證鋼液的穩定，可（kě）確保 合（hé）金（jīn）在熔化、澆注等過程中不受（shòu）氧氣（qì）、氮氣汙染，可得到氧含量較低的粉末。氬氣保護係統（tǒng）包 括以下幾個部（bù）分：

 

　　1.2.1爐頂吹氬

 

　　真空錠（dìng）在在非真空狀態下，加熱、熔化，表麵（miàn）發紅後會被空氣（qì）氧化，生（shēng）成氧化物，增加材 料夾雜物。為此，公司專門設計了氬氣保護罩，加熱熔化的過程（chéng）中，爐內充滿氬氣，完全隔離 空氣，在（zài）爐（lú）料（liào）熔化後，撤掉保護罩，造渣保護，同時（shí）啟（qǐ）動爐底吹氬裝置。

 

　　1.2.2爐底吹氬

 

　　在爐底安裝（zhuāng）透氣轉，當鋼液熔化後，打開（kāi）氬氣閥（fá）門，氬（yà）氣從爐底吹入（rù）鋼液內部，並且上浮， 上浮過程中，鋼液內的其它氣（qì）體和雜質進入氬氣泡內，隨氬氣一起（qǐ）上浮，鋼液得以淨化。

 

　　1.2.3 出鋼過（guò）程氬氣保護

 

　　為防止鋼液在（zài）出鋼過程中的二次氧化（huà），專門設計了出（chū）鋼保護罩，安裝在爐嘴，出鋼過程中， 鋼液流完全被（bèi）罩在氬氣氣氛中，隔離了空氣。

 

　　1.3 嚴格采用氣霧化製粉工藝和液氬全程保（bǎo）護煉鋼方式，輔助於合理的霧化裝置（噴嘴）和鋼溫

 

　　1.3.1 霧化裝置（噴嘴）

 

　　噴嘴是（shì）霧化裝置中使霧（wù）化介質獲得高能量、高速度的部件，它（tā）對霧化效率和霧化過程的穩定性 起重要作用。利用公司專利“組合式噴嘴及其合金粉末垂直氣霧化裝置”，保證霧化介質與金屬液流 之間形成最合理的噴射角度；使金屬液流變成明顯的（de）紊流；中間是主噴嘴，實施（shī）錐形噴射（shè），外圍（wéi）增 加輔助噴嘴，實施環形平行噴射，對金屬小液滴進行二次破碎和二次冷卻的同時，約束金屬液滴橫 向飛行，加快粉末下降速度，可以防止液（yè）滴和高溫（wēn）的小（xiǎo）金屬球粘連，保證粉末球形良好，大幅度減 少“衛（wèi）星球粉”。 輔助噴嘴實施的二次破碎和二次冷卻對提高粉末整（zhěng）體質量作用（yòng）明（míng）顯：

 

　　1）減少（shǎo）了（le）大顆粒，使得到的（de）適用粉（fěn）末比例提高，即提高了成（chéng）品率；

 

　　2）減少了衛星（xīng）球（qiú）粉，使粉末表麵更加光滑，粉末間的磨擦力減少，流動性能提高；

 

　　3）減（jiǎn）少（shǎo）了空心球粉，使粉末的堆積密度提高，即提高了鬆裝比； 粉末的空心率，由原來的 5％下降到 1％以下；粉（fěn）末成品率（lǜ）明顯提高，達到 50—70％，節約了霧化氣體、電能、人工費用。

 

　　1.3.2 提高鋼溫

 

　　高溫合金粘性（xìng）大，通過（guò）提高金屬液流（liú）的溫度，即提高金屬液流過熱度來提高粉（fěn）末的（de）成（chéng）球率。當 霧化溫度為 1300℃時，粉末的球形度不高，粉末以類球形（xíng）為主（zhǔ）並且粉末表麵粗糙，這是因為金屬液（yè） 流的溫度較低（dī）時，其粘度增大（dà），使金屬粉末成球困難（nán），另外較低的（de）金屬液流溫度使金屬粉末（mò）的凝固 時間（jiān）縮（suō）短，粉末在未收縮成球之前已經（jīng）凝固。當霧化溫度達到 1500℃時，粉末球形度高且粉末表麵 光滑。因此提高金屬液流過熱度能（néng）提高粉末的成球率，這是因為它在延長金（jīn）屬粉末的凝固時間的同 時，還能使金屬液的粘度降低從而使（shǐ）金屬（shǔ）粉末的球化時間縮短，即在實際生產金屬（shǔ）液流的過熱度控 製在（zài） 200-300℃時能（néng）得到（dào）球形（xíng）度高（gāo），表麵光潔（jié）的（de）優質粉末。[2]

 

　　生產實踐表明：增加金屬液流過熱度可（kě）降低粉末的平均粒徑，這是由於溫度升高時液體體（tǐ）積（jī）膨 脹，分子問距增（zēng）大，削弱了體相（xiàng）分子對（duì）表麵層分子的作（zuò）用力。同時溫度升高時，氣相（xiàng）蒸汽壓變大， 密度增大，氣（qì）相分子對液體表麵分子作用增強，從而導致金屬熔融液（yè）體的（de）表麵張力與粘度隨金屬溫 度的升高而減小逐漸降低。而金屬熔融液體的表麵張（zhāng）力與（yǔ）粘度的降低使熔融金屬在（zài）霧化（huà）過程中容易 被霧化氣體衝擊撕（sī）裂成微小液滴，有利於金屬液流的破碎。

 

　　2、試製（zhì）鎳基高溫合金焊粉

 

　　2.1 鎳基高（gāo）溫合金焊粉

 

　　鎳基高溫合金焊粉在機械、化工、航空（kōng）等領域中得到了廣泛的應用，其堆（duī）焊層有良好的抗（kàng）氧化 性能（néng）和和耐蝕性能，並且其堆焊溫度範（fàn）圍與不鏽鋼及高（gāo）溫合金的熱處理（lǐ）製（zhì）度相一致，ERNiCrMo-3（Inconel625）、ERNiCrMo-10（HC-22） 。而且隨（suí）著近幾年汽車工業和民用製（zhì）品的高速發展， 鎳基高溫合金在民用製品的使用上也日漸增加。因此鎳基（jī）高溫合金（jīn）焊粉適（shì）用堆焊在高溫、腐蝕下工作 的（de）碳鋼、不鏽鋼、耐熱（rè）鋼及高溫合金零部（bù）件（jiàn）上。在（zài）堆焊過程中要求焊粉的化學成分均勻、穩定，且（qiě） 具有較低的氧含量及低的雜質，以便使堆焊過程工藝良（liáng）好、粉末與基材潤濕充分，並減少氧（yǎng）化物夾 雜導致（zhì）的堆焊接頭（堆焊層）的缺陷，但國內生產的鎳基高溫合金焊粉由於存在氧含量較高、粉末 形狀難控（kòng）製、批量過小等現狀，或需（xū）要有更精良的生產設備，導致堆焊部位存在缺陷而不能正（zhèng）常工 作，因此長期以來均依賴（lài）進口。

 

　　2.2 試驗內容

 

　　所試製（zhì）生產ERNiCrMo-3（Inconel625）焊（hàn）粉，球形狀，按使用工況指（zhǐ）標（biāo），其中氧含量控（kòng）製在0.08%以下。對生產（chǎn）的鎳基高溫合金粉（fěn）末（mò）的化（huà）學成分、氧含量成分控製如表1要（yào）求，

 

 

 

　　2.3 生（shēng）產原理

 

　　鎳基高（gāo）溫合金粉末氣霧化生產是以電解鎳板為原料，添加Cr、Si、Mn、Fe、Mo、Nb等金屬或合金，在中頻感應爐中熔煉成符合化學成（chéng）分要求的熔液，己預熱的中間包（bāo）置於噴嘴上方，且與（yǔ）噴嘴對中聚集，然後將熔（róng）融的金屬液流注入（rù）到漏包（bāo）坩鍋（中間包）中，在中間包的下方放置有氣霧化噴嘴，當熔融的金屬液流通過漏嘴（zuǐ）經流（liú）噴嘴時，同時開啟高壓氮氣匯流裝置，使之保持一定的壓力，通過噴嘴的（de）高速霧化（huà）氣流以一定的角度將通過中間包流（liú）經漏嘴的合金（jīn）流衝擊成合金液滴，合金（jīn）液（yè）滴落入霧化（huà）桶內（nèi），凝固（gù）成合金粉末。整個製粉過程均在非（fēi）真（zhēn）空狀態下運行。見圖1、圖2、圖3。

 

 

 

 

 

 

　　2.4 試驗結果及分析

 

　　2.4.1 化學成分（fèn）的（de）控製

 

　　粉（fěn）末化學成分的穩定性、精（jīng）確性直接影響到堆焊接頭的（de）性能高低及堆焊溫度的選擇，因此在生產過程中采取以（yǐ）下一些措（cuò）施來保證獲得（dé）合理（lǐ）的（de）合金成分:

 

　　1）合適的原材料，按原材料（liào）檢驗規範對每批原材料（liào）進行檢（jiǎn）驗，嚴禁（jìn）潮濕或鏽蝕的爐料或返回料進入 熔煉爐，並對所有原材料進行適當的處理。 鎳板厚度不小於3mm，邊緣無樹枝（zhī）狀結粒和密集氣孔（kǒng），板麵不得有直徑大於2mm的氣孔，直徑（jìng） 0.5-2mm的密集（jí）氣孔總麵積不得（dé）超過鎳（niè）板單麵麵積的10%。

 

　　金屬鉻表麵應呈灰白色，斷麵應致密無（wú）氣孔。

 

　　鉬條表（biǎo）麵應光潔，呈銀灰色或銀灰（huī）色金屬光澤，，不得有嚴重的（de）淡黃色或（huò）深黑色氧化和沾汙現象等。

 

　　2)選合適的爐襯材料，避免因爐襯材料不合理所造成的汙（wū）染

 

　　采用酸性（xìng）中頻感應爐熔煉，石英（yīng）砂坩（gān）鍋應保持良好狀態，新坩鍋在使用前需用金屬鎳或（huò）同種合金洗爐一到兩次。

 

　　4）嚴格控製熔煉溫度和時（shí）間

 

　　這些條（tiáo）件會（huì）影響合金元素的燒損量以及鎳基高溫合金粉末合金化程度。在生產過程中一般熔液的過 熱度在200℃-300℃，並在爐料（liào）全部熔化並扒渣後鎮靜3-5分鍾，再轉入霧化工序。 試製的（de）鎳基高溫合（hé）金焊（hàn）粉ERNiCrMo-3（Inconel625）的化學成分，與進口焊粉的化學成分、氧含量 實測，見表2。

 

 

 

　　2.4.2粉末的氧含量

 

　　粉末中（zhōng）的氧（yǎng）含量是影響堆焊接頭質量的主要因素之一，當粉末中氧含量過（guò）高時，粉末中的氧（yǎng）化物會阻礙粉末（mò）與金（jīn）屬基體之間的潤濕（shī），使兩（liǎng）者（zhě）不能較好的熔合（hé）；而且（qiě）由於氧化物的熔點較高（gāo），會在堆焊接頭中形（xíng）成（chéng）氧（yǎng）化物夾雜導致（zhì）缺陷，使零件在高溫工作狀態下產生（shēng）應力集中，損害部件。因（yīn）此控製粉末氧含量是衡（héng）量粉末質量的關（guān）鍵。由於本生產過（guò）程的所有工（gōng）序均在非真空環境下（xià）進行，因（yīn）此在生產過程（chéng）中，我們針對（duì）不同的生產工序采取了（le）許多方法來防止粉末的氧化。

 

　　熔煉方式對粉末的氧含量影響（xiǎng） ：真空霧化法（fǎ）為原材料在真空中頻感應爐中熔化、重熔、霧（wù）化；而非真（zhēn）空熔煉為大氣環境中熔煉、重熔、霧化。表3可以看出，在其它霧化工藝參數相同的情況下，真空霧化法得到的焊粉的氧含量稍低於大氣熔煉（liàn）時的氧含量，僅低0.004%。[3]

 

 

　　3、結論

 

　　利用成熟的氣霧化製粉（fěn）工藝和氬氣保護煉鋼方式，將製取鎳基高（gāo）溫合金粉（fěn）末、鐵基高溫合金粉末等粘度較大的合金粉末。即：將原材料在真空爐（lú）內做成真（zhēn）空錠，而後在非真（zhēn）空爐中重熔，並在氬氣保（bǎo）護下實現傾倒鋼液、氣霧化，全過程液氬保護鋼液，成功試製了ERNiCrMo-3（Inconel625）、ERNiCrMo-10（HC-22）、ERNiFeCr-1(Incoloy825)、Monel 400（蒙乃（nǎi）爾）、HC-276等粘度較大的高溫合金焊粉（fěn），化學成分符合相關標準，且氧含（hán）量得到了與真空爐霧化法製取同樣質量的產品。

 

　　對（duì）保證焊接質量起到了有效的控製。同時，可按此工藝（yì）可批量生（shēng）產（chǎn）高溫合金焊粉（fěn），促進了（le）高（gāo）溫合 金焊粉的國產化，加快（kuài）了高效焊接的步伐。