隨著石油化工工業的迅速發展，處於高壓、高溫以及（jí）在腐蝕條件下操作的設備越來越多，並有向大型化、高參（cān）數發展的趨勢，不鏽鋼、鎳（niè）基材料（Ni-Mo、Ni-Cr-Mo）類設備是首選材料。如果 全部用上述材料製造，代價太高。為了降低生產成本，節省昂貴的材料，隻要在設備表麵或內壁堆 焊（hàn）一（yī）層鎳（niè）基高（gāo）溫合金或不鏽鋼，即可增加設備的耐腐蝕（shí）性能（néng）。特別是鎳基高溫合金，屬於比較重要 的耐腐蝕材料,和普通不鏽鋼、其它耐腐蝕（shí）金屬、非（fēi）金屬的材料相比,它們在各種不同的腐蝕環境中（zhōng）， 甚至是化學腐蝕與電化學腐蝕（shí）中,具（jù）備耐各種形式的腐（fǔ）蝕和破壞的能力,並且具備（bèi）良好的力學性能和 機加工性能,其綜合抗（kàng）腐蝕（shí）性能比一般不鏽鋼及其它耐腐蝕金屬材料強，尤（yóu）其適宜於介質環境苛刻的 當代工業。

 

　　成熟的氣霧（wù）化製粉工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（kōng）爐中重熔，並在（zài）液氬保護（hù）下實現傾（qīng）倒鋼液、氣霧（wù）化，全過（guò）程氬氣（qì）保護鋼液，得（dé）到與真空（kōng）爐霧化 法製取（qǔ）同樣質量的產品。

 

　　1、氬氣保護氣霧化（huà）法製取高溫合金焊粉

 

　　1.1 氣霧化法製粉原理

 

　　根據合金牌號的化（huà）學成分配料後，通過中頻爐加熱熔（róng）化金屬材料後，熔融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（mǎn）純（chún）氮氣，氧含量低於0.02%以下）由高速氮氣衝擊合金（jīn）流柱，形成（chéng）細（xì）小（xiǎo）的合金液（yè）滴，合金液滴在霧（wù）化室內做自由落體飛行，通過一特（tè）定噴嘴用超音速的氣體（tǐ）射流將熔融的金屬或合金液流粉碎形成金屬或合金粉末的過程，將飛行的合金液滴在0.5——1.0秒瞬間凝固（gù）成細小的粉末。

 

　　此方法可以生產熔點低於1700℃的各種金屬及合金粉末，所得粉末為球形，粉末表麵（miàn）的氧化程度也比水霧化的低（隻（zhī）有l/10左右），且粉末粒度分布（bù）寬（kuān）（中（zhōng）位徑10-100μm）。常用的霧化介質有氮（dàn）氣、氬氣或空氣。

 

　　氣霧化生產金屬或合金粉（fěn）末具有下列特點：[1]

 

　　1）在（zài）熔煉過程中可加入各種合金元素，製（zhì）得（dé）範圍廣泛的、具有（yǒu）多種（zhǒng）化（huà）學成分的合金粉末（mò）。

 

　　2）製得的粉末具有（yǒu）化學成分相同且均勻，沒有（yǒu）偏析，非金屬（shǔ）夾雜物少，純（chún）度高。

 

　　3）粉（fěn）末顆粒成球形或類（lèi）球形（xíng），且顆粒大小、粒度分布可通過改變霧化工（gōng）藝和調節工藝參數進行調整（zhěng）。

 

　　4）粉末的氧化物主要集（jí）中在顆粒的表麵，其氧化程度（dù）可借（jiè）助於（yú）調節霧（wù）化工藝參數進行調整，能（néng）獲得含氧量極低的優質（zhì）合金粉末。

 

　　5）粉末性能重複性高，適於大批量生產性能一致的粉末。

 

　　1.2 氬氣全程保護

 

　　氬氣是一種惰性氣體，不與鋼液發生任何反應，用以隔離空（kōng）氣，保證鋼液的穩定，可確保 合金在（zài）熔化、澆注等過程中不受氧氣、氮氣汙染，可得到氧含量較低的粉末。氬氣保護係統包 括（kuò）以下幾個部分（fèn）：

 

　　1.2.1爐頂吹氬

 

　　真空錠在在（zài）非真空狀態下，加熱、熔化，表麵發紅後會被空氣（qì）氧化，生成氧化物，增加材 料夾雜物。為此（cǐ），公司專門設（shè）計了氬氣（qì）保護罩，加熱熔化的過程中，爐內充滿（mǎn）氬氣，完（wán）全隔離 空氣，在爐料熔化後，撤掉保護罩（zhào），造渣保護，同時啟動（dòng）爐底（dǐ）吹氬裝置。

 

　　1.2.2爐底吹氬

 

　　在爐底安裝透氣轉（zhuǎn），當（dāng）鋼液熔化後，打開氬氣閥門，氬氣從爐（lú）底吹入鋼（gāng）液內部，並且上浮， 上浮過程中，鋼液內（nèi）的其它氣體和雜質進入（rù）氬氣泡內，隨氬氣一起上浮，鋼液得以淨化。

 

　　1.2.3 出鋼過程氬氣保護

 

　　為防止鋼液在出（chū）鋼過程中的二次氧（yǎng）化，專門（mén）設計了（le）出鋼（gāng）保護罩，安（ān）裝在爐嘴，出鋼過程中， 鋼液流完全被罩在（zài）氬氣氣氛（fēn）中，隔離了空（kōng）氣。

 

　　1.3 嚴格采用氣霧（wù）化（huà）製粉工藝和液（yè）氬全（quán）程保護煉鋼方式（shì），輔助於合理的（de）霧化裝置（噴嘴）和鋼溫（wēn）

 

　　1.3.1 霧化裝置（噴嘴）

 

　　噴嘴是霧化裝置中使霧（wù）化介質獲得高能量、高速度的部件，它對霧化效率和（hé）霧化過程的穩定性 起重要作用（yòng）。利用公（gōng）司專利“組合式噴（pēn）嘴及其合金粉（fěn）末垂直氣霧化（huà）裝置”，保證霧化介質與（yǔ）金屬液流 之間形（xíng）成最合理的噴射角（jiǎo）度；使金（jīn）屬液（yè）流（liú）變成明顯的紊流；中間是主噴嘴，實施錐形噴射，外圍增 加輔助噴嘴，實施環（huán）形平行（háng）噴射，對金屬小（xiǎo）液滴進行二次破碎（suì）和二次（cì）冷卻的同（tóng）時（shí），約束金屬液滴橫 向飛（fēi）行，加快粉末下降速度，可以防止（zhǐ）液滴和高（gāo）溫的小金屬球（qiú）粘連，保證粉末球形良好，大幅度減 少“衛星球粉”。 輔助噴嘴實施的二次（cì）破碎和二次冷卻對提高粉末整體質量作用明顯：

 

　　1）減少了大顆粒，使得到的適（shì）用粉末比例提高，即提高了成品率；

 

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

 

　　3）減少（shǎo）了空心（xīn）球粉（fěn），使粉末的堆積密度提高，即提高了鬆裝比（bǐ）； 粉末的空（kōng）心率，由原來的 5％下降到（dào） 1％以下（xià）；粉末成品（pǐn）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（wēn）合金粘性大，通過提高金屬液流的溫度，即提高金屬液流過熱度來提高粉末的成球率。當 霧化溫度為 1300℃時，粉末（mò）的球形度不高，粉末以類球形為主並且粉末表麵粗糙，這是因為金屬液 流的溫度較低時，其（qí）粘度增大，使金屬粉末（mò）成球困難，另外較低的金屬液流溫度使金屬粉末的凝固 時間縮短，粉（fěn）末在未收縮成球（qiú）之前已經凝固。當霧化溫度（dù）達到 1500℃時，粉末（mò）球形（xíng）度高且（qiě）粉（fěn）末表麵 光滑。因（yīn）此提高金屬液流過（guò）熱度能提高粉末的成球率，這是因為它在（zài）延長金屬粉（fěn）末的凝固（gù）時間的（de）同 時，還能使（shǐ）金（jīn）屬液的粘度降低從而使金屬粉（fěn）末（mò）的球化時間縮短，即在（zài）實際生產金屬液流的過熱度控 製在 200-300℃時能得到球形度高，表麵（miàn）光潔的優質粉（fěn）末。[2]

 

　　生（shēng）產實踐表明：增加金屬液流過熱度可降低粉末的平（píng）均粒徑，這是（shì）由於溫度升高時（shí）液（yè）體（tǐ）體積（jī）膨 脹（zhàng），分子問距增大，削弱了體相分子對表（biǎo）麵層分子的作用力。同時溫度升高時，氣（qì）相蒸汽壓變大， 密度增大，氣相分子（zǐ）對液體表麵分子作用（yòng）增強，從而導致金屬熔融液體的表麵張力與粘度隨金屬溫（wēn） 度的升高而（ér）減小逐漸降（jiàng）低。而金屬熔融液體的表麵張力與粘（zhān）度的降低使熔融金（jīn）屬在霧化過程（chéng）中容易 被霧化氣體衝（chōng）擊撕裂成微（wēi）小液滴，有利於金屬液流的（de）破（pò）碎。

 

　　2、試製鎳基高溫合金焊粉

 

　　2.1 鎳基高溫合金焊粉

 

　　鎳基高溫合（hé）金（jīn）焊粉（fěn）在機械、化工、航空等領域中得（dé）到了廣泛的應用（yòng），其堆焊層有良好的抗氧化 性能和和耐蝕性能，並且其堆焊溫度範圍與不鏽（xiù）鋼及（jí）高溫合金的熱處理製度相一致，ERNiCrMo-3（Inconel625）、ERNiCrMo-10（HC-22） 。而且隨著近幾年汽（qì）車工業和民用（yòng）製品的高速發展， 鎳基高溫合金在民用製品的使用上（shàng）也日漸增加。因此鎳基高溫合金焊粉適用堆焊在（zài）高溫、腐蝕下工（gōng）作 的碳鋼、不鏽鋼、耐熱鋼及高溫合金零（líng）部件上。在（zài）堆焊過（guò）程中要求焊粉的化學成分均勻、穩定，且 具有較低的氧含量及低的雜質，以便（biàn）使堆焊過程工藝良好、粉末與（yǔ）基材潤濕充分，並減少氧化物夾 雜導致的（de）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，或需要有更（gèng）精良的生（shēng）產設備，導致堆焊部位存在缺陷而不能正常工 作，因此長期以來均依賴進（jìn）口。

 

　　2.2 試（shì）驗內（nèi）容

 

　　所試製生產ERNiCrMo-3（Inconel625）焊粉，球形狀，按使用工（gōng）況指標，其中氧含量（liàng）控製在0.08%以下。對生產的鎳基高溫合（hé）金（jīn）粉末的化學成分、氧含量成分控製如表1要求，

 

 

 

　　2.3 生產原理

 

　　鎳基高溫合金粉末氣霧化生（shēng）產是以電解（jiě）鎳板為原料（liào），添（tiān）加Cr、Si、Mn、Fe、Mo、Nb等金屬（shǔ）或（huò）合金，在中頻感應爐（lú）中（zhōng）熔煉成（chéng）符合化學成分要求的熔液，己預熱的中間包置於（yú）噴嘴上方，且與噴嘴對中聚集，然（rán）後將熔融（róng）的金屬液流注入到漏包坩鍋（中間（jiān）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（tōng）過漏嘴經流噴（pēn）嘴時，同時開啟高（gāo）壓氮氣匯流裝置，使之保持一定（dìng）的壓力，通過噴嘴的高速霧化氣流以一定的角度將通過中間包流經漏嘴的合金（jīn）流衝擊成合金液滴，合金液滴落入霧化桶內（nèi），凝固成合金粉末。整個製粉過程均在非真空狀態下運（yùn）行。見圖1、圖2、圖（tú）3。

 

 

 

 

 

 

　　2.4 試驗結果及分析

 

　　2.4.1 化（huà）學成分（fèn）的控製

 

　　粉末（mò）化（huà）學成分（fèn）的穩定性、精（jīng）確性直接影響（xiǎng）到堆焊接頭的性能高低及堆（duī）焊（hàn）溫度的選擇，因此在生產過程中采取以下一些措（cuò）施來保證（zhèng）獲得合理的合金成分:

 

　　1）合（hé）適的原材料，按原材料檢驗規範對每批原材料進行檢驗，嚴禁潮濕或鏽蝕的爐（lú）料或返回料進入 熔煉爐，並（bìng）對所（suǒ）有原材料進行適當的處理（lǐ）。 鎳板厚度不小於3mm，邊緣無樹枝狀結（jié）粒和密集氣孔，板麵（miàn）不得有直徑大於（yú）2mm的氣孔，直徑 0.5-2mm的密集氣孔總麵積不得超過鎳板單麵麵積的10%。

 

　　金屬鉻表麵應呈灰白色，斷麵應（yīng）致密無氣孔。

 

　　鉬條表麵應光潔，呈銀灰色或銀灰色（sè）金（jīn）屬光澤，，不得有嚴重的淡黃色或（huò）深黑色氧化和沾汙現象等。

 

　　2)選合適的爐襯材料，避免因（yīn）爐襯材料不合理所造成的汙染

 

　　采用酸性中頻感（gǎn）應爐熔煉，石英（yīng）砂（shā）坩鍋應（yīng）保持良好狀態，新坩鍋在使用前（qián）需用金屬鎳或同種合金洗爐一到兩次。

 

　　4）嚴格控製熔煉（liàn）溫度（dù）和時（shí）間

 

　　這些條（tiáo）件會影（yǐng）響合金元素（sù）的燒損量（liàng）以及鎳（niè）基高溫合金粉末合金化程度。在生產過程中（zhōng）一（yī）般熔液的過 熱度在200℃-300℃，並（bìng）在爐料全部熔化並扒渣後鎮靜3-5分鍾，再轉入（rù）霧化工序。 試製的鎳基高溫合金（jīn）焊粉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（fěn）末中的氧含量是影響堆焊接頭質量的主要（yào）因素之一，當粉末中氧含量（liàng）過（guò）高時，粉（fěn）末中的氧化（huà）物會阻礙粉末與金屬基體之間的潤濕，使兩者不能較好的熔合；而且由於氧化物的熔點較高，會在堆焊接頭中形成氧化物夾（jiá）雜導致缺陷，使零件在高溫工作狀（zhuàng）態下產生應力（lì）集中，損害部件。因（yīn）此控製粉末氧含量（liàng）是衡量粉末質量（liàng）的關鍵。由於本生產過程的所有（yǒu）工序均在非真空環境下進行，因此在生產過程中，我們針對不同（tóng）的生產工序采取了許（xǔ）多方法來防止粉末的（de）氧化。

 

　　熔煉方式對粉末的氧（yǎng）含（hán）量（liàng）影響 ：真空霧化法為原材料在真空中（zhōng）頻感應爐（lú）中熔化、重熔、霧化；而非真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（xià），真空霧化法得到（dào）的焊粉的氧含量稍低於大氣熔煉時的氧含量，僅低0.004%。[3]

 

 

　　3、結（jié）論

 

　　利（lì）用成熟的氣霧化製粉工藝和（hé）氬氣保護煉鋼方式，將製取鎳基高（gāo）溫合金粉末、鐵基高溫合金粉末等粘度較（jiào）大的合金粉末。即：將原材料（liào）在真空（kōng）爐內做成真空錠，而後在非真空爐中重熔，並在氬氣保護下實現傾倒鋼液（yè）、氣霧化，全過程液氬保護鋼液，成功試製了（le）ERNiCrMo-3（Inconel625）、ERNiCrMo-10（HC-22）、ERNiFeCr-1(Incoloy825)、Monel 400（蒙乃爾）、HC-276等粘度較大的高溫合金焊粉，化學成分符合相關（guān）標準，且氧含量得到（dào）了與真空爐霧（wù）化法製取同樣質量的（de）產品。

 

　　對保證焊接質量起到（dào）了（le）有效的控製。同時，可按此工藝可批量生產高（gāo）溫合金焊粉，促進了高溫合 金焊粉的國（guó）產化，加快了高（gāo）效焊接的步伐。