Въведение
При производството на химическо и петролно оборудване, за да се спести скъп никел, стоманата често се заварява към никел и сплави.
Основните проблеми при заваряването
При заваряване основните компоненти в заваръчния шев са желязото и никелът, които са способни на безкрайна взаимна разтворимост и не образуват интерметални съединения. Като цяло съдържанието на никел в заваръчния шев е относително високо, така че в зоната на сливане на заварената връзка не се образува дифузионен слой. Основният проблем при заваряването е тенденцията за образуване на порьозност и горещи пукнатини в заваръчния шев.
1. Порьозност
При заваряване на стомана, никел и нейните сплави, основните фактори, влияещи върху образуването на порьозност в заваръчния шев, са кислород, никел и други легиращи елементи.
① Влиянието на кислорода. При заваряване течният метал може да разтвори повече кислород, а при високи температури кислородът и никелът се окисляват, образувайки NiO. NiO може да реагира с водорода и въглерода в течния метал, за да генерира водна пара и въглероден оксид в разтопената вана, които се втвърдяват твърде късно и да се отделят, което води до образуване на остатъчна порьозност в заваръчния шев. При заваряване под флюс с чист никел и Q235-A на желязо и никел, съдържанието на азот и водород не се променя много. Колкото по-високо е съдържанието на кислород в заваръчния шев, толкова по-голям е броят на порите в него.
② Влиянието на никела. При заваряване на желязо-никел, разтворимостта на кислорода в желязото и никела е различна, разтворимостта на кислорода в течен никел е по-голяма от тази в течно желязо, докато разтворимостта на кислорода в твърд никел е по-малка от тази в твърдо желязо, следователно разтворимостта на кислорода при внезапна промяна в кристализацията на никела е по-изразена, отколкото при внезапна промяна в кристализацията на желязото. Следователно, тенденцията за порьозност в заваряването, когато съдържанието на Ni е 15%~30%, е малка, а когато съдържанието на Ni е голямо, тенденцията за порьозност се увеличава допълнително до 60%~90%, а количеството разтворена стомана е неизбежно да намалее, което води до тенденция за образуване на порьозност.
③ Влиянието на други легиращи елементи. Когато желязо-никеловият заваръчен шев съдържа манган, хром, молибден, алуминий, титан и други легиращи елементи, или в съответствие с легиращите елементи, това може да подобри антипорьозността на заваръчния шев. Това се дължи на факта, че манганът, титанът и алуминият и други действат като деоксигениращи вещества, докато хромът и молибденът подобряват разтворимостта на заваръчния шев в твърдия метал. Така никелът и неръждаемата стомана 1Cr18Ni9Ti имат по-добра антипорьозност от никела и стоманата Q235-A. Алуминият и титанът също могат да фиксират азот в стабилни съединения, което също може да подобри антипорьозността на заваръчния шев.
2. Термично крекинг
Основната причина за термично напукване в заваръчния шев на стоманата, никела и неговите сплави е, че поради високото съдържание на никел в заваръчния шев с дендритна организация, по краищата на едрите зърна се концентрират редица нискотопящи се кокристали, което отслабва връзката между зърната и намалява устойчивостта на заваръчния шев на напукване. Освен това, съдържанието на никел в заваръчния шев е твърде високо, за да може термичното напукване да се получи, което оказва значително влияние върху желязо-никеловата заваръчна шевна връзка. Кислородът, сярата, фосфорът и други примеси също оказват голямо влияние върху склонността на заваръчния шев към термично напукване.
При използване на безкислороден флюс, поради намаляване на качеството на кислорода, сярата, фосфора и други вредни примеси в заваръчния шев, особено поради намаляване на съдържанието на кислород, количеството на пукнатини е значително намалено. Поради кристализацията в разтопената вана, кислородът и никелът могат да образуват евтектика Ni + NiO с евтектична температура от 1438 ℃, а кислородът може също да засили вредното въздействие на сярата. Така че, когато съдържанието на кислород в заваръчния шев е високо, склонността към термично напукване е по-голяма.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb и други легиращи елементи могат да подобрят устойчивостта на напукване на заваръчния шев. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb са метаморфни агенти, които могат да усъвършенстват организацията на заваръчния шев и да нарушат посоката на неговата кристализация. Al и Ti също са силен дезоксидиращ агент и могат да намалят количеството кислород в заваръчния шев. Mn може да образува огнеупорни съединения със S и MnS, което намалява вредното въздействие на сярата.
Механични свойства на заварените съединения
Механичните свойства на заваръчни съединения желязо-никел са свързани с материалите на запълващия метал и параметрите на заваряване. При заваряване на чист никел и нисковъглеродна стомана, когато еквивалентът на никел в заваръчния шев е по-малък от 30%, при бързо охлаждане на заваръчния шев се появява мартензитна структура, което води до рязко намаляване на пластичността и жилавостта на съединението. Следователно, за да се постигне по-добра пластичност и жилавост на съединението, еквивалентът на никел в заваръчния шев желязо-никел трябва да бъде по-голям от 30%.
Време на публикуване: 10 март 2025 г.