소개
화학 및 석유 장비를 제조할 때 값비싼 니켈을 절약하기 위해 강철에 니켈과 합금을 용접하는 경우가 많습니다.
용접의 주요 문제점
용접 시 용접부의 주요 성분은 철과 니켈이며, 이들은 무한한 상호 용해도를 가지고 금속간 화합물을 형성하지 않습니다. 일반적으로 용접부의 니켈 함량은 비교적 높기 때문에 용접부의 용융 영역에 확산층이 형성되지 않습니다. 용접의 주요 문제점은 용접부에 기공과 고온 균열이 발생하는 경향입니다.
1. 다공성
강철과 니켈 및 그 합금을 용접할 때, 용접부 내 기공 형성에 영향을 미치는 주요 요인은 산소, 니켈 및 기타 합금 원소입니다.
① 산소의 영향. 용접 시, 액체 금속은 더 많은 산소를 용해할 수 있으며, 고온에서 산소와 니켈이 산화되어 NiO를 형성합니다. NiO는 액체 금속 내의 수소 및 탄소와 반응하여 용융 풀에서 수증기와 일산화탄소를 생성하여 응고될 수 있습니다. 이러한 반응은 너무 늦게 배출되어 용접부에 기공이 형성될 수 있습니다. 순수 니켈과 Q235-A 서브머지드 아크 용접(철 및 니켈 용접)의 경우, 질소와 수소 함량의 변화가 크지 않으므로 용접부 내 산소 함량이 높을수록 기공의 수가 증가합니다.
② 니켈의 영향. 철-니켈 용접에서 철과 니켈의 산소 용해도는 다르며, 액체 니켈의 산소 용해도는 액체 철의 산소 용해도보다 크고, 고체 니켈의 산소 용해도는 고체 철의 산소 용해도보다 작습니다. 따라서 급변하는 니켈 결정화에서 산소의 용해도는 급변하는 철 결정화에서보다 더 두드러집니다. 따라서 Ni 함량이 15%~30%일 때 용접부 내 기공 발생 경향은 적고, Ni 함량이 많을 때 기공 발생 경향은 60%~90%로 더욱 증가하여 용해되는 강재의 양이 감소할 수밖에 없어 기공 발생 경향이 커집니다.
③ 다른 합금 원소의 영향. 철-니켈 용접부에 망간, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄 등의 합금 원소가 포함되거나 합금화에 따라 용접부의 기공 방지 성능이 향상될 수 있습니다. 이는 망간, 티타늄, 알루미늄 등이 산소를 제거하는 역할을 하고, 크롬과 몰리브덴은 고체 금속에서 용접부의 용해도를 향상시키기 때문입니다. 따라서 니켈과 1Cr18Ni9Ti 스테인리스강 용접부는 니켈과 Q235-A 강 용접부보다 기공 방지 성능이 우수합니다. 알루미늄과 티타늄은 질소를 안정적인 화합물로 고정하여 용접부의 기공 방지 성능을 향상시킬 수 있습니다.
2. 열 균열
용접부 내 강, 니켈 및 그 합금의 열 균열 발생 원인은 수지상 구조를 가진 고니켈 용접부로 인해, 조립질 결정립 가장자리에 다수의 저융점 공결정이 집중되어 결정립 간의 결합력을 약화시켜 용접 금속의 균열 저항성을 저하시키기 때문입니다. 또한, 용접 금속의 니켈 함량이 너무 높아 열 균열이 발생하기 어렵고, 철-니켈 용접부, 산소, 황, 인 및 기타 불순물이 용접 열 균열 발생 경향에 큰 영향을 미칩니다.
무산소 플럭스를 사용하면 용접부 내 산소, 황, 인 및 기타 유해 불순물의 품질이 저하되고, 특히 산소 함량이 감소하여 균열 발생량이 크게 줄어듭니다. 용융 풀이 결정화되면서 산소와 니켈이 Ni+NiO 공정을 형성할 수 있으며, 공정 온도는 1438℃입니다. 또한 산소는 황의 유해한 작용을 강화할 수 있습니다. 따라서 용접부 내 산소 함량이 높을수록 열 균열 발생 가능성이 커집니다.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb 및 기타 합금 원소는 용접 금속의 균열 저항성을 향상시킬 수 있습니다.Mn, Cr, Mo, Ti, Nb는 변성제이며 용접 조직을 미세화하고 결정화 방향을 방해할 수 있습니다.Al, Ti는 또한 강력한 탈산제이며 용접부에서 산소의 양을 줄일 수 있습니다.Mn은 S, MnS와 내화 화합물을 형성하여 유황의 유해한 영향을 줄일 수 있습니다.
용접 접합부의 기계적 특성
철-니켈 용접 접합부의 기계적 성질은 충전 금속 재료 및 용접 매개변수와 관련이 있습니다. 순수 니켈과 저탄소강을 용접할 때, 용접부의 Ni 당량이 30% 미만이면 용접부의 급속 냉각으로 인해 용접부에 마르텐사이트 조직이 나타나 접합부의 소성과 인성이 급격히 저하됩니다. 따라서 접합부의 소성과 인성을 향상시키려면 철-니켈 용접부의 Ni 당량이 30% 이상이어야 합니다.
게시 시간: 2025년 3월 10일