Introduzione
Nella produzione di apparecchiature chimiche e petrolifere, per risparmiare sul costoso nichel, l'acciaio viene spesso saldato al nichel e alle leghe.
I principali problemi della saldatura
Nella saldatura, i componenti principali sono ferro e nichel, che sono in grado di solubilità reciproca infinita e non formano composti intermetallici. In generale, il contenuto di nichel nella saldatura è relativamente elevato, quindi nella zona di fusione del giunto saldato non si forma alcuno strato di diffusione. Il problema principale della saldatura è la tendenza a produrre porosità e cricche a caldo nella saldatura.
1. Porosità
Acciaio, nichel e le sue leghe: durante la saldatura, i principali fattori che influenzano la formazione di porosità nella saldatura sono l'ossigeno, il nichel e altri elementi di lega.
① Effetto dell'ossigeno. Durante la saldatura, il metallo liquido può dissolvere più ossigeno, e l'ossigeno ad alte temperature e l'ossidazione del nichel, con la formazione di NiO, possono reagire con l'idrogeno e il carbonio presenti nel metallo liquido per generare vapore acqueo e monossido di carbonio nella solidificazione del bagno fuso, che può essere troppo tardi per fuoriuscire, residuo nella saldatura con formazione di porosità. Nella saldatura ad arco sommerso con nichel puro e Q235-A di saldature in ferro e nichel, il contenuto di azoto e idrogeno non cambia molto; maggiore è il contenuto di ossigeno nella saldatura, maggiore è il numero di pori nella saldatura.
2. L'effetto del nichel. Nella saldatura ferro-nichel, la solubilità dell'ossigeno nel ferro e nel nichel è diversa: la solubilità dell'ossigeno nel nichel liquido è maggiore rispetto a quella nel ferro liquido, mentre la solubilità dell'ossigeno nel nichel solido è minore rispetto a quella nel ferro solido. Pertanto, la solubilità dell'ossigeno nella cristallizzazione del nichel a seguito di un cambiamento improvviso è più pronunciata rispetto a quella nella cristallizzazione del ferro a seguito di un cambiamento improvviso. Pertanto, la tendenza alla porosità nella saldatura quando il contenuto di Ni è compreso tra il 15% e il 30% è ridotta, mentre quando il contenuto di Ni è elevato, la tendenza alla porosità aumenta ulteriormente fino al 60% e al 90%, con conseguente diminuzione della quantità di acciaio disciolto, che a sua volta determina un aumento della tendenza alla formazione di porosità.
3. Influenza di altri elementi di lega. Quando la saldatura ferro-nichel contiene manganese, cromo, molibdeno, alluminio, titanio e altri elementi di lega, o in linea con la lega stessa, è possibile migliorarne l'antiporosità. Questo perché manganese, titanio e alluminio, ecc. svolgono un ruolo di deossigenazione, mentre cromo e molibdeno migliorano la solubilità della saldatura nel metallo solido. Pertanto, la saldatura di nichel e acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti presenta un'antiporosità maggiore rispetto alla saldatura di nichel e acciaio Q235-A. Anche alluminio e titanio possono fissare l'azoto in composti stabili, il che può migliorare ulteriormente l'antiporosità della saldatura.
2. Cracking termico
Acciaio, nichel e sue leghe nella saldatura: la causa principale della criccatura termica è l'elevata presenza di nichel nella saldatura con organizzazione dendritica, che si concentra in numerosi cocristalli a basso punto di fusione ai bordi dei grani grossolani, indebolendo così la connessione tra i grani e riducendo la resistenza alla criccatura del metallo di saldatura. Inoltre, il contenuto di nichel nel metallo di saldatura è troppo elevato per causare criccatura termica, con un impatto significativo sulla saldatura ferro-nichel; ossigeno, zolfo, fosforo e altre impurità contribuiscono anch'essi alla criccatura termica.
Utilizzando un flusso privo di ossigeno, la qualità di ossigeno, zolfo, fosforo e altre impurità nocive nella saldatura diminuisce, in particolare a causa della diminuzione del contenuto di ossigeno, con conseguente riduzione significativa della quantità di cricche. A causa della cristallizzazione del bagno di fusione, ossigeno e nichel possono formare un eutettico Ni + NiO, con una temperatura eutettica di 1438 °C; inoltre, l'ossigeno può amplificare gli effetti nocivi dello zolfo. Pertanto, un elevato contenuto di ossigeno nella saldatura aumenta la tendenza alla criccatura termica.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb e altri elementi di lega possono migliorare la resistenza alle crepe del metallo di saldatura. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb sono agenti metamorfici, possono affinare l'organizzazione della saldatura e possono interrompere la direzione della sua cristallizzazione. Al, Ti è anche un forte agente deossidante, può ridurre la quantità di ossigeno nella saldatura. Mn può formare composti refrattari con S, MnS, il che riduce gli effetti nocivi dello zolfo.
Proprietà meccaniche dei giunti saldati
Le proprietà meccaniche dei giunti di saldatura ferro-nichel sono correlate ai materiali di riempimento e ai parametri di saldatura. Nella saldatura di nichel puro e acciaio a basso tenore di carbonio, quando l'equivalente di Ni nella saldatura è inferiore al 30%, a causa del rapido raffreddamento della saldatura, si formerà una struttura martensitica, che causerà una brusca riduzione della plasticità e della tenacità del giunto. Pertanto, per ottenere una migliore plasticità e tenacità del giunto, l'equivalente di Ni nella saldatura ferro-nichel dovrebbe essere superiore al 30%.
Data di pubblicazione: 10-03-2025