โลหะผสมนิกเกิล

โลหะผสมนิกเกิลมีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมและมีความแข็งแรงสูง จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโลหะผสมเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายหลายประการ เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพ การเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลจำเป็นต้องพิจารณาพารามิเตอร์ของกระบวนการอย่างรอบคอบและการเลือกวัสดุตัวเติมที่เหมาะสมเพื่อลดความเสี่ยงของผลกระทบที่เป็นอันตราย เช่น การแตกร้าวจากความร้อน ความผิดปกติของการแข็งตัว และการแข็งตัวมากเกินไปของโซนได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ข้อกังวลหลักประการหนึ่งเมื่อเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลคือแนวโน้มที่โลหะเชื่อมจะไวต่อรอยแตกที่ร้อน เนื่องจากโลหะผสมนิกเกิลมีความสัมพันธ์กับซัลเฟอร์สูง ซึ่งสามารถนำไปสู่การก่อตัวของการรวมตัวของนิกเกิลซัลไฟด์ในระหว่างการแข็งตัว เพื่อลดความเสี่ยงนี้ อาจจำเป็นต้องอุ่นเครื่องเพื่อลดระดับไฮโดรเจนที่แพร่กระจายได้ และลดอัตราการเย็นตัวของสระเชื่อม การบำบัดความร้อนหลังการเชื่อมมักจำเป็นเพื่อลดความเค้นตกค้างและกระจายตะกอนใหม่ ซึ่งจะช่วยลดความแข็งและความไวต่อการแตกร้าว การเลือกกระบวนการเชื่อมที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลให้ประสบความสำเร็จ กระบวนการเชื่อมทั่วไป ได้แก่ การเชื่อมอาร์กทังสเตนด้วยแก๊ส (GTAW) การเชื่อมอาร์กโลหะด้วยแก๊ส (GMAW) การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน (EBW) และการเชื่อมตะเข็บด้วยความต้านทาน GTAW มักนิยมใช้เนื่องจากมีความแม่นยำและความสามารถในการสร้างรอยเชื่อมที่สะอาดโดยมีการกระเด็นน้อยที่สุด GMAW ซึ่งมีอัตราการสะสมที่สูงกว่าก็เป็นตัวเลือกที่ใช้ได้เช่นกัน แต่ต้องมีการควบคุมก๊าซป้องกันและการป้อนความร้อนอย่างระมัดระวัง EBW ให้การเจาะลึกและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมส่วนที่บางหรือการเชื่อมโลหะที่ไม่เหมือนกัน การเลือกโลหะตัวเติมเป็นอีกแง่มุมสำคัญของการเชื่อมโลหะผสมนิกเกิล โลหะตัวเติมจะต้องเข้ากันได้กับโลหะฐานและมีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลที่จำเป็น โลหะตัวเติมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักมักใช้กัน และสามารถจับคู่หรือไม่จับคู่กับโลหะผสมหลักได้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการบริการและคุณสมบัติที่ต้องการ โลหะตัวเติมควรได้รับการไล่แก๊สให้หมดก่อนการใช้งานเพื่อป้องกันการกักเก็บไฮโดรเจน ซึ่งอาจทำให้เกิดการปิดเครื่องเย็นหรือข้อบกพร่องอื่นๆ วัสดุสิ้นเปลือง เช่น ฟลักซ์หรือก๊าซเฉื่อย เช่น อาร์กอนหรือฮีเลียม สามารถใช้เพื่อปกป้องรอยเชื่อมจากการปนเปื้อนในชั้นบรรยากาศ และเพื่อรักษาเสถียรภาพของส่วนโค้ง ในบางกรณี ฟลักซ์ยังสามารถช่วยในการสร้างตะกรัน ซึ่งสามารถช่วยป้องกันการปนเปื้อนของโลหะเชื่อมได้

โลหะผสมนิกเกิลมีชื่อเสียงในด้านคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่นและความต้านทานต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง ส่วนใหญ่เนื่องมาจากกระบวนการบำบัดความร้อนที่ปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน การอบชุบด้วยความร้อนเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การหลอม การบำบัดด้วยสารละลาย การบ่ม การตกตะกอน การแข็งตัว และการแบ่งเบาบรรเทา ซึ่งแต่ละกระบวนการได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับคุณลักษณะเฉพาะและข้อกำหนดของโลหะผสมนิกเกิลที่เป็นปัญหา การหลอมเป็นกระบวนการบำบัดความร้อนทั่วไปที่ใช้กับโลหะผสมนิกเกิลเพื่อลดความเครียดภายใน ปรับปรุงความเหนียว และอำนวยความสะดวกในการขึ้นรูปหรือการตัดเฉือน ในระหว่างการหลอม โลหะผสมจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในอัตราที่เหมาะสม กระบวนการนี้ช่วยให้เมล็ดพืชใหม่ที่ปราศจากความเครียดสามารถเติบโตได้ โดยกำจัดผลกระทบจากการแข็งตัวของงานก่อนหน้านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ การบำบัดด้วยสารละลายหรือที่เรียกว่าการหลอมอ่อนเต็มรูปแบบนั้นถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้โครงสร้างจุลภาคแบบเฟสเดียวในโลหะผสมนิกเกิลที่แข็งตัวตามอายุได้ การบำบัดนี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มโลหะผสมให้มีอุณหภูมิสูงกว่าขีดจำกัดความสามารถในการละลายของแข็งขององค์ประกอบเสริมกำลัง จากนั้นจึงทำให้โลหะผสมแข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อแช่แข็งในองค์ประกอบเหล่านี้ในสารละลายของแข็ง กระบวนการนี้เป็นการเตรียมการสำหรับการบำบัดความชราหรือการตกตะกอนในภายหลัง การชุบแข็งด้วยการตกตะกอนเป็นวิธีการที่ใช้ในการเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตของโลหะผสมนิกเกิลอย่างมีนัยสำคัญ หลังการบำบัดด้วยสารละลาย โลหะผสมจะอยู่ภายใต้วงจรการให้ความร้อนที่มีการควบคุมซึ่งกระตุ้นให้เกิดการตกตะกอนของบางเฟสภายในเมทริกซ์ อัตราการเย็นลงหลังการบำบัดนี้อาจส่งผลต่อขนาดและการกระจายตัวของตะกอน ซึ่งจะกำหนดคุณสมบัติเชิงกลของโลหะผสมในทางกลับกัน การชุบแข็งด้วยอายุเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกัน โดยที่โลหะผสมจะถูกคงไว้ที่อุณหภูมิสูงในช่วงเวลาที่กำหนดเพื่อกระตุ้นให้เกิดการตกตะกอนของขั้นตอนการชุบแข็ง กระบวนการนี้ได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ความแข็งแรงตามที่ต้องการโดยไม่กระทบต่อความเหนียวจนเกินไป การควบคุมพารามิเตอร์การบำบัดความร้อน รวมถึงอุณหภูมิ เวลา อัตราการทำความร้อนและความเย็น และลักษณะของวงจรความร้อน เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการบรรลุคุณสมบัติที่ต้องการในโลหะผสมนิกเกิล ตัวอย่างเช่น อัตราการทำความเย็นที่เร็วเกินไปอาจส่งผลให้เกิดความเครียดที่สะสมไว้หรือโครงสร้างจุลภาคที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในขณะที่อัตราการทำความเย็นที่ช้าเกินไปอาจทำให้เฟสที่ไม่ต้องการตกตะกอนก่อนเวลาอันควร ประสิทธิภาพของการบำบัดความร้อนกับโลหะผสมนิกเกิลขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและเงื่อนไขการบริการเฉพาะที่จะพบ โลหะผสมบางชนิดอาจต้องมีขั้นตอนการบำบัดความร้อนหลายขั้นตอนหรือผสมกันเพื่อให้ได้สมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานการกัดกร่อน