вступ
При виробництві хімічного та нафтового обладнання з метою економії дорогого нікелю сталь часто зварюють з нікелем і сплавами.
Основні проблеми зварювання
При зварюванні основними компонентами шва є залізо і нікель, які здатні до нескінченної взаємної розчинності і не утворюють інтерметалічних сполук. В цілому вміст нікелю в зварному шві відносно високий, тому в зоні проплавлення зварного з'єднання не утворюється дифузійний шар. Основною проблемою зварювання є схильність до утворення пористості та гарячих тріщин у зварному шві.
1. Пористість
Сталь і нікель, а також їх сплави при зварюванні основними факторами, що впливають на утворення пористості в шві, є кисень, нікель та інші легуючі елементи.
① Вплив кисню. Зварювання, рідкий метал може розчинити більше кисню, і кисень при високих температурах і окислення нікелю, утворення NiO, NiO може реагувати з воднем і вуглецем в рідкому металі, щоб генерувати водяну пару і окис вуглецю в розплавленому басейні затвердіння, наприклад, занадто пізно, щоб втекти, залишковий у зварному шві на утворення пористості. При зварюванні заліза та нікелю під флюсом із чистого нікелю та Q235-A вміст азоту та водню не сильно змінюється, чим вищий вміст кисню в зварюваному шві, тим більша кількість пор у зварному шві.
② Ефект нікелю. У залізо-нікелевому шві розчинність кисню в залізі та нікелі різна, розчинність кисню в рідкому нікелі більша, ніж у рідкому чавуні, тоді як розчинність кисню в твердому нікелі менша, ніж у твердому залізі, отже, розчинність кисню в кристалізації нікелю раптової зміни більш виражена, ніж у кристалізації заліза раптової. змінити. Таким чином, тенденція пористості в зварному шві, коли Ni становить 15% ~ 30%, є невеликою, а коли вміст Ni великий, тенденція пористості додатково збільшується до 60% ~ 90%, і кількість розчиненої сталі зменшується, таким чином викликаючи тенденцію до формування пористості.
③ Вплив інших легуючих елементів. Коли залізо-нікелевий зварний шов містить марганець, хром, молібден, алюміній, титан та інші легуючі елементи або відповідно до легування, може покращити антипористість зварного шва, це пов’язано з тим, що марганець, титан і алюміній тощо відіграють роль деоксигенації, тоді як хром і молібден покращують розчинність зварного шва в твердому металі. Таким чином, нікель і 1Cr18Ni9Ti зварювання з нержавіючої сталі антипористість, ніж нікель і зварювання сталі Q235-A. Алюміній і титан також можуть фіксувати азот у стабільних сполуках, що також може покращити антипористість зварного шва.
2. Термічний крекінг
Основна причина термічного розтріскування сталі, нікелю та його сплавів у зварному шві полягає в тому, що через високий вміст нікелю зварного шва з дендритною організацією, на краю грубих зерен, зосереджених у ряді співкристалів з низькою температурою плавлення, таким чином послаблюючи зв’язок між зернами, знижуючи стійкість металу зварного шва до розтріскування. Крім того, вміст нікелю в металі зварного шва занадто високий, щоб метал зварного шва міг викликати термічне розтріскування, має значний вплив на зварний шов залізо-нікель, кисень, сірка, фосфор та інші домішки на тенденцію до термічного розтріскування зварного шва також мають великий вплив.
При використанні безкисневого флюсу через зниження якості кисню, сірки, фосфору та інших шкідливих домішок у зварному шві, особливо зниження вмісту кисню, так що кількість розтріскування значно зменшується. Через кристалізацію розплавленого басейну кисень і нікель можуть утворювати евтектику Ni + NiO, евтектична температура 1438 ℃, а кисень також може посилити шкідливий вплив сірки. Отже, коли вміст кисню в зварному шві високий, тенденція до термічного розтріскування є більшою.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb та інші легуючі елементи можуть підвищити стійкість до розтріскування металу зварного шва. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb є метаморфічними агентами, можуть покращити організацію зварного шва та порушити напрямок його кристалізації. Al, Ti також є сильним розкислювачем, може зменшити кількість кисню в зварному шві. Mn може утворювати тугоплавкі сполуки з S, MnS, що зменшує шкідливий вплив сірки.
Механічні властивості зварних з'єднань
Механічні властивості залізо-нікелевих зварювальних з'єднань пов'язані з матеріалами наповнювача і параметрами зварювання. При зварюванні чистого нікелю та низьковуглецевої сталі, коли еквівалент Ni у зварюваному шві становить менше 30%, при швидкому охолодженні зварного шва у зварному шві з’являється мартенситна структура, що призводить до різкого зниження пластичності та в’язкості з’єднання. Таким чином, щоб отримати кращу пластичність і міцність з'єднання, еквівалент Ni в залізо-нікелевому зварюванні має бути більше 30%
Час публікації: 10 березня 2025 р