Introducción
En la fabricación de equipos químicos y petroleros, para ahorrar níquel, que es costoso, a menudo se suelda acero al níquel y a sus aleaciones.
Los principales problemas de la soldadura
Al soldar, los principales componentes son el hierro y el níquel, que presentan una solubilidad mutua infinita y no forman compuestos intermetálicos. En general, el contenido de níquel en la soldadura es relativamente alto, por lo que no se forma una capa de difusión en la zona de fusión de la unión soldada. El principal problema de la soldadura es la tendencia a producir porosidad y grietas por calor.
1. Porosidad
Acero y níquel y sus aleaciones Al soldar, los principales factores que inciden en la formación de porosidad en la soldadura son el oxígeno, el níquel y otros elementos de aleación.
① Efecto del oxígeno. Durante la soldadura, el metal líquido puede disolver más oxígeno. El oxígeno a altas temperaturas y la oxidación del níquel dan lugar a la formación de NiO. Este puede reaccionar con el hidrógeno y el carbono del metal líquido, generando vapor de agua y monóxido de carbono durante la solidificación del baño de fusión. Su escape es demasiado tarde y los residuos en la soldadura contribuyen a la formación de porosidad. En la soldadura por arco sumergido de níquel puro y Q235-A de hierro y níquel, el contenido de nitrógeno e hidrógeno no varía significativamente. Cuanto mayor sea el contenido de oxígeno en la soldadura, mayor será el número de poros.
② Efecto del níquel. En la soldadura hierro-níquel, la solubilidad del oxígeno en hierro y níquel es diferente. La solubilidad del oxígeno en níquel líquido es mayor que en hierro líquido, mientras que la solubilidad del oxígeno en níquel sólido es menor que en hierro sólido. Por lo tanto, la solubilidad del oxígeno en la cristalización de níquel con un cambio repentino es mayor que en la cristalización de hierro con un cambio repentino. Por lo tanto, la tendencia a la porosidad en la soldadura con un contenido de níquel del 15% al 30% es baja, y con un contenido de níquel alto, la tendencia a la porosidad aumenta aún más, hasta el 60% al 90%, y la cantidad de acero disuelto disminuye inevitablemente, lo que aumenta la tendencia a la formación de porosidad.
③ Influencia de otros elementos de aleación. Cuando la soldadura de hierro-níquel contiene manganeso, cromo, molibdeno, aluminio, titanio y otros elementos de aleación, o en consonancia con la aleación, se puede mejorar la antiporosidad de la soldadura. Esto se debe a que el manganeso, el titanio y el aluminio, entre otros, desempeñan un papel desoxigenante, mientras que el cromo y el molibdeno mejoran la solubilidad de la soldadura en el metal sólido. Por lo tanto, la antiporosidad de la soldadura de acero inoxidable de níquel y 1Cr18Ni9Ti es superior a la de la soldadura de acero de níquel y Q235-A. El aluminio y el titanio también pueden fijar nitrógeno en compuestos estables, lo que también mejora la antiporosidad de la soldadura.
2. Craqueo térmico
En las soldaduras de acero, níquel y sus aleaciones, la principal causa del agrietamiento térmico es la alta concentración de níquel en la soldadura con organización dendrítica, concentrada en el borde de los granos gruesos en numerosos cocristales de bajo punto de fusión, lo que debilita la conexión entre los granos y reduce la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura. Además, el alto contenido de níquel en el metal de soldadura impide que se produzca agrietamiento térmico, lo que tiene un impacto significativo en la soldadura hierro-níquel. El oxígeno, el azufre, el fósforo y otras impurezas también influyen significativamente en la tendencia al agrietamiento térmico de la soldadura.
Al utilizar fundente sin oxígeno, debido a la disminución de la calidad del oxígeno, azufre, fósforo y otras impurezas nocivas en la soldadura, especialmente la disminución del contenido de oxígeno, la cantidad de grietas se reduce considerablemente. Debido a la cristalización en el baño de fusión, el oxígeno y el níquel pueden formar un eutéctico de Ni + NiO, con una temperatura eutéctica de 1438 °C. El oxígeno también puede potenciar los efectos nocivos del azufre. Por lo tanto, cuando el contenido de oxígeno en la soldadura es alto, la tendencia al agrietamiento térmico es mayor.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb y otros elementos de aleación pueden mejorar la resistencia al agrietamiento del metal de soldadura. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb son agentes metamórficos, pueden refinar la organización de la soldadura y pueden alterar la dirección de su cristalización. Al, Ti también es un fuerte agente desoxidante, puede reducir la cantidad de oxígeno en la soldadura. Mn puede formar compuestos refractarios con S, MnS, lo que reduce los efectos nocivos del azufre.
Propiedades mecánicas de las uniones soldadas
Las propiedades mecánicas de las uniones soldadas de hierro-níquel están relacionadas con los materiales de relleno y los parámetros de soldadura. Al soldar níquel puro y acero con bajo contenido de carbono, cuando el equivalente de Ni en la soldadura es inferior al 30 %, debido al enfriamiento rápido de la soldadura, se forma una estructura de martensita, lo que provoca una disminución drástica de la plasticidad y la tenacidad de la unión. Por lo tanto, para obtener una mejor plasticidad y tenacidad de la unión, el equivalente de Ni en la soldadura de hierro-níquel debe ser superior al 30 %.
Hora de publicación: 10 de marzo de 2025