Wstęp
Aby zaoszczędzić drogi nikiel, przy produkcji sprzętu chemicznego i naftowego, często spawa się stal z niklem i stopami.
Główne problemy spawania
Podczas spawania głównymi składnikami spoiny są żelazo i nikiel, które są zdolne do nieskończonej wzajemnej rozpuszczalności i nie tworzą związków międzymetalicznych. Ogólnie rzecz biorąc, zawartość niklu w spoinie jest stosunkowo wysoka, więc w strefie stopienia spoiny nie tworzy się żadna warstwa dyfuzyjna. Głównym problemem podczas spawania jest tendencja do powstawania porowatości i gorących pęknięć w spoinie.
1. Porowatość
Podczas spawania stali i niklu oraz jego stopów głównymi czynnikami wpływającymi na powstawanie porowatości spoiny są tlen, nikiel i inne pierwiastki stopowe.
① Wpływ tlenu. Spawanie, ciekły metal może rozpuścić więcej tlenu, a tlen w wysokich temperaturach i utlenianie niklu, tworzenie NiO, NiO może reagować z wodorem i węglem w ciekłym metalu, aby wytworzyć parę wodną i tlenek węgla w krzepnięciu stopionego jeziorka, takie jak zbyt późno, aby uciec, pozostałości w spoinie na tworzeniu porowatości. W czystym niklu i Q235-A spawaniu łukiem krytym żelaza i niklu spoina, w przypadku azotu i wodoru zawartość nie zmienia się zbytnio, im wyższa zawartość tlenu w spoinie, tym większa liczba porów w spoinie.
② Wpływ niklu. W spoinie żelazo-nikiel rozpuszczalność tlenu w żelazie i niklu jest różna, rozpuszczalność tlenu w ciekłym niklu jest większa niż w ciekłym żelazie, podczas gdy rozpuszczalność tlenu w stałym niklu jest mniejsza niż w stałym żelazie, dlatego rozpuszczalność tlenu w krystalizacji niklu nagłej zmiany jest bardziej wyraźna niż w krystalizacji żelaza nagłej zmiany. Dlatego tendencja porowatości w spoinie, gdy zawartość Ni wynosi 15%~30%, jest niewielka, a gdy zawartość Ni jest duża, tendencja porowatości wzrasta do 60%~90%, a ilość rozpuszczonej stali musi się zmniejszyć, powodując w ten sposób tendencję do tworzenia się większej porowatości.
③ Wpływ innych elementów stopowych. Gdy spoina żelazowo-niklowa zawiera mangan, chrom, molibden, aluminium, tytan i inne elementy stopowe lub zgodnie ze stopowaniem, może poprawić przeciwporowatość spoiny, ponieważ mangan, tytan i aluminium itp. odgrywają rolę odtleniania, podczas gdy chrom i molibden poprawiają rozpuszczalność spoiny w metalu stałym. Tak więc nikiel i stal nierdzewna 1Cr18Ni9Ti są przeciwporowate niż nikiel i spoina stalowa Q235-A. Aluminium i tytan mogą również wiązać azot w stabilnych związkach, co również może poprawić przeciwporowatość spoiny.
2. Pękanie termiczne
Stal i nikiel oraz jego stopy w spoinie, głównym powodem pękania termicznego jest to, że ze względu na wysoką zawartość niklu w spoinie z organizacją dendrytyczną, na krawędzi grubych ziaren, skoncentrowanych w szeregu niskotopliwych kokryształów, osłabiając w ten sposób połączenie między ziarnami, zmniejszając odporność metalu spoiny na pękanie. Ponadto zawartość niklu w metalu spoiny jest zbyt wysoka, aby metal spoiny mógł wytworzyć pękanie termiczne, co ma znaczący wpływ na spoinę żelazo-nikiel, tlen, siarka, fosfor i inne zanieczyszczenia na tendencję do pękania termicznego spoiny ma również duży wpływ.
Podczas stosowania topnika beztlenowego, ze względu na obniżenie jakości tlenu, siarki, fosforu i innych szkodliwych zanieczyszczeń w spoinie, zwłaszcza spadek zawartości tlenu, tak że ilość pęknięć jest znacznie zmniejszona. Ponieważ krystalizacja jeziorka stopionego, tlen i nikiel mogą tworzyć eutektykę Ni + NiO, temperatura eutektyczna 1438 ℃, a tlen może również wzmacniać szkodliwe działanie siarki. Tak więc, gdy zawartość tlenu w spoinie jest wysoka, tendencja do pękania termicznego jest większa.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb i inne pierwiastki stopowe mogą poprawić odporność na pękanie metalu spoiny. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb są czynnikami metamorficznymi, mogą udoskonalić organizację spoiny i zakłócić kierunek jej krystalizacji. Al, Ti są również silnymi czynnikami odtleniającymi, mogącymi zmniejszyć ilość tlenu w spoinie. Mn może tworzyć ogniotrwałe związki z S, MnS, co zmniejsza szkodliwe działanie siarki.
Właściwości mechaniczne połączeń spawanych
Właściwości mechaniczne spoin żelazowo-niklowych są związane z materiałami wypełniającymi i parametrami spawania. Podczas spawania czystego niklu i stali niskowęglowej, gdy ekwiwalent Ni w spoinie jest mniejszy niż 30%, pod wpływem szybkiego chłodzenia spoiny w spoinie pojawi się struktura martenzytu, powodując gwałtowny spadek plastyczności i wytrzymałości złącza. Dlatego też, aby uzyskać lepszą plastyczność i wytrzymałość złącza, ekwiwalent Ni w spoinie żelazowo-niklowej powinien być większy niż 30%.
Czas publikacji: 10-03-2025