Zavedení
Při výrobě chemického a ropného zařízení se ocel často svařuje s niklem a jeho slitinami, aby se ušetřil drahý nikl.
Hlavní problémy svařování
Při svařování jsou hlavními složkami ve svaru železo a nikl, které jsou schopné nekonečné vzájemné rozpustnosti a netvoří intermetalické sloučeniny. Obecně je obsah niklu ve svaru relativně vysoký, takže v zóně tavení svarového spoje se netvoří difuzní vrstva. Hlavním problémem svařování je tendence k tvorbě pórovitosti a horkých trhlin ve svaru.
1. Pórovitost
U oceli, niklu a jejích slitin při svařování jsou hlavními faktory ovlivňujícími tvorbu pórovitosti ve svarovém spoji kyslík, nikl a další legující prvky.
1. Vliv kyslíku. Při svařování se v tekutém kovu může rozpouštět více kyslíku a kyslík a nikl se při vysokých teplotách oxidují, což vede k tvorbě NiO. NiO může reagovat s vodíkem a uhlíkem v tekutém kovu za vzniku vodní páry a oxidu uhelnatého v roztavené lázni, což může vést k jeho tuhnutí. Pokud se tak stane, může se v roztaveném kovu objevit zbytková pórovitost. Při svařování železa a niklu pod tavidlem Q235-A se obsah dusíku a vodíku příliš nemění. Čím vyšší je obsah kyslíku ve svaru, tím vyšší je počet pórů ve svaru.
② Vliv niklu. Ve svaru železo-nikl je rozpustnost kyslíku v železe a niklu odlišná, rozpustnost kyslíku v kapalném niklu je větší než v kapalném železe, zatímco rozpustnost kyslíku v pevném niklu je menší než v pevném železe, proto je rozpustnost kyslíku v niklu při náhlé změně krystalizace výraznější než v železe při náhlé změně krystalizace. Proto je tendence k poréznosti ve svaru při obsahu Ni 15 % až 30 % malá, a při vysokém obsahu Ni se tendence k poréznosti dále zvyšuje na 60 % až 90 % a množství rozpuštěné oceli se nutně snižuje, což vede k větší tendenci k tvorbě poréznosti.
③ Vliv dalších legujících prvků. Pokud svar železa a niklu obsahuje mangan, chrom, molybden, hliník, titan a další legující prvky, může to zlepšit antiporéznost svaru. To je způsobeno tím, že mangan, titan a hliník atd. hrají roli při odkysličení, zatímco chrom a molybden zlepšují rozpustnost svaru v pevném kovu. Nikl a nerezová ocel 1Cr18Ni9Ti tak mají antiporéznější svary než nikl a ocel Q235-A. Hliník a titan mohou také vázat dusík ve stabilních sloučeninách, což může také zlepšit antiporéznost svaru.
2. Tepelné krakování
Hlavní příčinou tepelného praskání ve svaru oceli, niklu a jeho slitin je vysoký obsah niklu ve svaru s dendritickou organizací, kde se na okrajích hrubých zrn koncentruje řada kokrystalů s nízkým bodem tání, což oslabuje spojení mezi zrny a snižuje odolnost svarového kovu proti praskání. Kromě toho má obsah niklu ve svarovém kovu příliš vysoký, takže tepelné praskání ve svarovém kovu má významný vliv na svar železo-nikl. Kyslík, síra, fosfor a další nečistoty mají také velký vliv na tendenci svaru k tepelnému praskání.
Při použití bezkyslíkatého tavidla dochází ke snížení obsahu kyslíku, síry, fosforu a dalších škodlivých nečistot ve svarovém spoji, zejména obsahu kyslíku, což výrazně snižuje množství praskání. V důsledku krystalizace v roztavené lázni může kyslík a nikl tvořit eutektické spojení Ni + NiO s teplotou eutektického spoje 1438 °C a kyslík může také zesílit škodlivé účinky síry. Proto je při vysokém obsahu kyslíku ve svarovém spoji větší tendence k tepelnému praskání.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb a další legující prvky mohou zlepšit odolnost svarového kovu proti praskání. Mn, Cr, Mo, Ti a Nb jsou metamorfní činidla, která mohou zjemnit strukturu svaru a narušit směr jeho krystalizace. Al a Ti jsou také silnými deoxidačními činidly a mohou snižovat množství kyslíku ve svaru. Mn může s S a MnS tvořit žáruvzdorné sloučeniny, což snižuje škodlivé účinky síry.
Mechanické vlastnosti svarových spojů
Mechanické vlastnosti svarových spojů železo-nikl souvisí s materiálem přídavného materiálu a svařovacími parametry. Při svařování čistého niklu a nízkouhlíkové oceli, pokud je ekvivalent niklu ve svaru menší než 30 %, se při rychlém ochlazování svaru objeví martenzitická struktura, což způsobí prudký pokles plasticity a houževnatosti spoje. Proto by pro dosažení lepší plasticity a houževnatosti spoje měl být ekvivalent niklu ve svaru železo-nikl vyšší než 30 %.
Čas zveřejnění: 10. března 2025