การเชื่อมเหล็กและนิกเกิลและโลหะผสมนิกเกิล คำถามที่พบบ่อย

การแนะนำ

ในการผลิตอุปกรณ์ทางเคมีและปิโตรเลียม เพื่อประหยัดนิกเกิลที่มีราคาแพง เหล็กมักจะถูกเชื่อมเข้ากับนิกเกิลและโลหะผสม

ปัญหาหลักของการเชื่อม

เมื่อทำการเชื่อม ส่วนประกอบหลักในการเชื่อมคือเหล็กและนิกเกิล ซึ่งสามารถละลายซึ่งกันและกันได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดและไม่ก่อให้เกิดสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก โดยทั่วไป ปริมาณนิกเกิลในรอยเชื่อมจะค่อนข้างสูง ดังนั้น ในบริเวณหลอมรวมของรอยเชื่อม จะไม่มีการสร้างชั้นการแพร่กระจาย ปัญหาหลักของการเชื่อมคือแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนและรอยแตกร้าวจากความร้อนในรอยเชื่อม

1.ความพรุน

เหล็กและนิกเกิลและโลหะผสมของเหล็กและนิกเกิลเมื่อทำการเชื่อม ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการเกิดรูพรุนในรอยเชื่อมคือ ออกซิเจน นิกเกิล และธาตุโลหะผสมอื่นๆ

① ผลของออกซิเจน การเชื่อมโลหะเหลวอาจละลายออกซิเจนได้มากขึ้นและออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงและออกซิเดชันของนิกเกิล การก่อตัวของ NiO, NiO สามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนและคาร์บอนในโลหะเหลวเพื่อสร้างไอน้ำและคาร์บอนมอนอกไซด์ในแอ่งหลอมเหลว การแข็งตัวของโลหะเหลวจะช้าเกินไปที่จะหลบหนี สิ่งตกค้างในรอยเชื่อมจะก่อตัวเป็นรูพรุน ในการเชื่อมเหล็กและนิกเกิลด้วยอาร์กใต้น้ำ Q235-A ด้วยนิกเกิลบริสุทธิ์ ในกรณีที่ปริมาณไนโตรเจนและไฮโดรเจนไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก ยิ่งปริมาณออกซิเจนในรอยเชื่อมสูงขึ้นเท่าใด จำนวนรูพรุนในรอยเชื่อมก็จะสูงขึ้นเท่านั้น

② ผลของนิกเกิล ในการเชื่อมเหล็ก-นิกเกิล ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในเหล็กและนิกเกิลแตกต่างกัน ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในนิกเกิลเหลวจะมากกว่าในเหล็กเหลว ในขณะที่ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในนิกเกิลแข็งจะน้อยกว่าในเหล็กแข็ง ดังนั้น ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในการตกผลึกของนิกเกิลจากการเปลี่ยนแปลงกะทันหันจึงเด่นชัดกว่าการตกผลึกของเหล็กจากการเปลี่ยนแปลงกะทันหัน ดังนั้น แนวโน้มของรูพรุนในรอยเชื่อมเมื่อ Ni อยู่ที่ 15%~30% จึงมีน้อย และเมื่อปริมาณ Ni สูง แนวโน้มของรูพรุนจะเพิ่มขึ้นอีกเป็น 60%~90% และปริมาณของเหล็กที่ละลายก็จะลดลง ทำให้แนวโน้มของการเกิดรูพรุนมีมากขึ้น

③ อิทธิพลขององค์ประกอบโลหะผสมอื่น ๆ เมื่อรอยเชื่อมเหล็ก-นิกเกิลมีแมงกานีส โครเมียม โมลิบดีนัม อะลูมิเนียม ไททาเนียม และองค์ประกอบโลหะผสมอื่น ๆ หรือสอดคล้องกับโลหะผสม สามารถปรับปรุงความต้านทานรูพรุนของรอยเชื่อมได้ ซึ่งเกิดจากแมงกานีส ไททาเนียม และอะลูมิเนียม ฯลฯ มีบทบาทในการดีออกซิเจน ในขณะที่โครเมียมและโมลิบดีนัมช่วยปรับปรุงความสามารถในการละลายของรอยเชื่อมในโลหะแข็ง ดังนั้น นิกเกิลและเหล็กกล้าไร้สนิม 1Cr18Ni9Ti จึงเชื่อมความต้านทานรูพรุนได้ดีกว่านิกเกิลและเหล็ก Q235-A เชื่อม อลูมิเนียมและไททาเนียมยังสามารถตรึงไนโตรเจนในสารประกอบที่เสถียรได้ ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานรูพรุนของรอยเชื่อมได้เช่นกัน

2. การแตกร้าวจากความร้อน

เหล็กและนิกเกิลและโลหะผสมในรอยเชื่อม เหตุผลหลักของการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนคือ เนื่องมาจากการเชื่อมนิกเกิลในปริมาณสูงที่มีการจัดระเบียบแบบเดนไดรต์ ในขอบของเมล็ดหยาบ จะกระจุกตัวอยู่ในโคคริสตัลจำนวนหนึ่งที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ส่งผลให้การเชื่อมต่อระหว่างเมล็ดหยาบอ่อนแอลง ทำให้ความต้านทานการแตกร้าวของโลหะเชื่อมลดลง นอกจากนี้ ปริมาณนิกเกิลในโลหะเชื่อมสูงเกินไปสำหรับโลหะเชื่อมที่จะทำให้เกิดการแตกร้าวเนื่องจากความร้อน ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อรอยเชื่อมเหล็ก-นิกเกิล ออกซิเจน กำมะถัน ฟอสฟอรัส และสิ่งเจือปนอื่นๆ ในรอยเชื่อม แนวโน้มการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนยังส่งผลกระทบอย่างมากอีกด้วย

เมื่อใช้ฟลักซ์ที่ปราศจากออกซิเจน เนื่องจากคุณภาพของออกซิเจน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส และสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายอื่นๆ ในรอยเชื่อมลดลง โดยเฉพาะปริมาณออกซิเจนที่ลดลง ทำให้ปริมาณการแตกร้าวลดลงอย่างมาก เนื่องจากการตกผลึกของแอ่งหลอมเหลว ออกซิเจนและนิกเกิลจึงสามารถสร้าง Ni + NiO ได้ ยูเทกติก อุณหภูมิยูเทกติกคือ 1,438 ℃ และออกซิเจนยังสามารถเสริมผลกระทบที่เป็นอันตรายของซัลเฟอร์ได้อีกด้วย ดังนั้น เมื่อปริมาณออกซิเจนในรอยเชื่อมสูง แนวโน้มของการแตกร้าวเนื่องจากความร้อนก็จะมากขึ้น

ธาตุโลหะผสม Mn, Cr, Mo, Ti, Nb และธาตุอื่นๆ สามารถปรับปรุงความต้านทานการแตกร้าวของโลหะเชื่อมได้ Mn, Cr, Mo, Ti, Nb เป็นตัวการแปรสภาพ สามารถทำให้การเชื่อมประสานดีขึ้น และสามารถรบกวนทิศทางการตกผลึกได้ Al, Ti เป็นตัวกำจัดออกซิเดชันที่มีฤทธิ์รุนแรง สามารถลดปริมาณออกซิเจนในรอยเชื่อมได้ Mn สามารถสร้างสารประกอบทนไฟที่มี S, MnS ซึ่งช่วยลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของกำมะถัน

คุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อม

คุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมเหล็ก-นิกเกิลนั้นสัมพันธ์กับวัสดุโลหะเติมและพารามิเตอร์การเชื่อม เมื่อเชื่อมนิกเกิลบริสุทธิ์กับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เมื่อค่าเทียบเท่าของนิกเกิลในรอยเชื่อมน้อยกว่า 30% ภายใต้การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วของรอยเชื่อม โครงสร้างมาร์เทนไซต์จะปรากฏขึ้นในรอยเชื่อม ทำให้ความยืดหยุ่นและความเหนียวของรอยเชื่อมลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น เพื่อให้ได้ความยืดหยุ่นและความเหนียวที่ดีขึ้นของรอยเชื่อม ค่าเทียบเท่าของนิกเกิลในรอยเชื่อมเหล็ก-นิกเกิลควรมากกว่า 30%