Introducció
Quan es fabriquen equips químics i petroliers, per tal d'estalviar níquel car, l'acer sovint es solda a níquel i aliatges.
Els principals problemes de la soldadura
Quan es solda, els components principals de la soldadura són el ferro i el níquel, que són capaços de solubilitat mútua infinita i no formen compostos intermetàl·lics. En general, el contingut de níquel a la soldadura és relativament alt, de manera que a la zona de fusió de la unió soldada no es forma cap capa de difusió. El principal problema de la soldadura és la tendència a produir porositat i esquerdes calentes a la soldadura.
1. Porositat
L'acer, el níquel i els seus aliatges durant la soldadura, els principals factors que afecten la formació de porositat a la soldadura són l'oxigen, el níquel i altres elements d'aliatge.
① L'efecte de l'oxigen. En soldar, el metall líquid pot dissoldre més oxigen, i a altes temperatures s'oxida el níquel, formant NiO. El NiO pot reaccionar amb l'hidrogen i el carboni del metall líquid per generar vapor d'aigua i monòxid de carboni a la solidificació de la piscina fosa, com ara que l'escapament tardà, deixant residus a la soldadura i formant porositat. En la soldadura per arc submergit de ferro i níquel amb níquel pur i Q235-A, el contingut de nitrogen i hidrogen no varia gaire. Com més alt sigui el contingut d'oxigen a la soldadura, més alt serà el nombre de porus a la soldadura.
② L'efecte del níquel. En la soldadura ferro-níquel, la solubilitat de l'oxigen en el ferro i el níquel és diferent. La solubilitat de l'oxigen en el níquel líquid és més gran que en el ferro líquid, mentre que la solubilitat de l'oxigen en el níquel sòlid és més petita que en el ferro sòlid. Per tant, la solubilitat de l'oxigen en la cristal·lització del níquel amb canvis sobtats és més pronunciada que en la cristal·lització del ferro amb canvis sobtats. Per tant, la tendència a la porositat a la soldadura quan el Ni és del 15% al 30% és petita, i quan el contingut de Ni és gran, la tendència a la porositat augmenta encara més fins al 60% al 90%, i la quantitat d'acer dissolt està destinada a disminuir, cosa que fa que la tendència a formar porositat sigui més gran.
③ La influència d'altres elements d'aliatge. Quan la soldadura de ferro-níquel conté manganès, crom, molibdè, alumini, titani i altres elements d'aliatge o en línia amb l'aliatge, pot millorar l'antiporositat de la soldadura. Això es deu al fet que el manganès, el titani i l'alumini, etc., tenen el paper de desoxigenació, mentre que el crom i el molibdè milloren la solubilitat de la soldadura en el metall sòlid. Així, la soldadura de níquel i acer inoxidable 1Cr18Ni9Ti té una antiporositat superior a la soldadura de níquel i acer Q235-A. L'alumini i el titani també poden fixar el nitrogen en compostos estables, cosa que també pot millorar l'antiporositat de la soldadura.
2. Esquerdament tèrmic
L'acer, el níquel i els seus aliatges en la soldadura, la principal raó per la qual es produeixen esquerdes tèrmiques és que, a causa de l'alta concentració de níquel en la soldadura amb organització dendrítica, a la vora dels grans gruixuts, es concentren diversos cocristalls de baix punt de fusió, cosa que debilita la connexió entre els grans i redueix la resistència a les esquerdes del metall de soldadura. A més, el contingut de níquel del metall de soldadura és massa alt perquè el metall de soldadura produeixi esquerdes tèrmiques, que tenen un impacte significatiu en la soldadura de ferro-níquel. L'oxigen, el sofre, el fòsfor i altres impureses també tenen un gran impacte en la tendència a l'esquerdament tèrmic de la soldadura.
Quan s'utilitza flux sense oxigen, a causa de la reducció de la qualitat de l'oxigen, el sofre, el fòsfor i altres impureses nocives a la soldadura, especialment la disminució del contingut d'oxigen, es redueix considerablement la quantitat d'esquerdes. A causa de la cristal·lització de la piscina fosa, l'oxigen i el níquel poden formar eutèctics de Ni + NiO, amb una temperatura eutèctica de 1438 ℃, i l'oxigen també pot reforçar els efectes nocius del sofre. Per tant, quan el contingut d'oxigen a la soldadura és alt, la tendència a l'esquerdament tèrmic és més gran.
El Mn, el Cr, el Mo, el Ti, el Nb i altres elements d'aliatge poden millorar la resistència a les esquerdes del metall de soldadura. El Mn, el Cr, el Mo, el Ti i el Nb són agents metamòrfics que poden refinar l'organització de la soldadura i alterar la direcció de la seva cristal·lització. L'Al i el Ti també són un fort agent desoxidant que pot reduir la quantitat d'oxigen a la soldadura. El Mn pot formar compostos refractaris amb el S i el MnS, cosa que redueix els efectes nocius del sofre.
Propietats mecàniques de les unions soldades
Les propietats mecàniques de les unions de soldadura de ferro-níquel estan relacionades amb els materials metàl·lics de farciment i els paràmetres de soldadura. Quan es solda níquel pur i acer baix en carboni, quan l'equivalent de Ni a la soldadura és inferior al 30%, sota el refredament ràpid de la soldadura, apareixerà una estructura de martensita a la soldadura, cosa que farà que la plasticitat i la tenacitat de la unió disminueixin bruscament. Per tant, per obtenir una millor plasticitat i tenacitat de la unió, l'equivalent de Ni a la soldadura de ferro-níquel ha de ser superior al 30%.
Data de publicació: 10 de març de 2025