Εισαγωγή
Κατά την κατασκευή χημικού και πετρελαϊκού εξοπλισμού, προκειμένου να εξοικονομηθεί ακριβό νικέλιο, ο χάλυβας συχνά συγκολλάται με νικέλιο και κράματα.
Τα κύρια προβλήματα της συγκόλλησης
Κατά τη συγκόλληση, τα κύρια συστατικά της συγκόλλησης είναι ο σίδηρος και το νικέλιο, τα οποία είναι ικανά για άπειρη αμοιβαία διαλυτότητα και δεν σχηματίζουν μεσομεταλλικές ενώσεις. Γενικά, η περιεκτικότητα σε νικέλιο στη συγκόλληση είναι σχετικά υψηλή, επομένως στη ζώνη σύντηξης της συγκολλημένης σύνδεσης δεν σχηματίζεται στρώμα διάχυσης. Το κύριο πρόβλημα με τη συγκόλληση είναι η τάση να δημιουργείται πορώδες και θερμές ρωγμές στη συγκόλληση.
1. Πορώδες
Χάλυβας και νικέλιο και τα κράματά του κατά τη συγκόλληση, οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τον σχηματισμό πορώδους στη συγκόλληση είναι το οξυγόνο, το νικέλιο και άλλα στοιχεία κράματος.
① Η επίδραση του οξυγόνου. Κατά τη συγκόλληση, το υγρό μέταλλο μπορεί να διαλύσει περισσότερο οξυγόνο, και το οξυγόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και οξείδωση νικελίου, σχηματισμός NiO. Το NiO μπορεί να αντιδράσει με υδρογόνο και άνθρακα στο υγρό μέταλλο για να παράγει υδρατμούς και μονοξείδιο του άνθρακα στην λιωμένη δεξαμενή στερεοποίησης, όπως πολύ αργά για να διαφύγει, υπολείμματα στη συγκόλληση για το σχηματισμό πορώδους. Σε καθαρό νικέλιο και Q235-A βυθισμένη συγκόλληση σιδήρου και συγκόλλησης νικελίου, στην περίπτωση της περιεκτικότητας σε άζωτο και υδρογόνο δεν αλλάζει πολύ, όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη συγκόλληση, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των πόρων στη συγκόλληση.
② Η επίδραση του νικελίου. Στη συγκόλληση σιδήρου-νικελίου, η διαλυτότητα του οξυγόνου στον σίδηρο και το νικέλιο είναι διαφορετική, η διαλυτότητα του οξυγόνου στο υγρό νικέλιο είναι μεγαλύτερη από αυτή στον υγρό σίδηρο, ενώ η διαλυτότητα του οξυγόνου στο στερεό νικέλιο είναι μικρότερη από αυτή στον στερεό σίδηρο, επομένως, η διαλυτότητα του οξυγόνου στην κρυστάλλωση του νικελίου της ξαφνικής αλλαγής είναι πιο έντονη από αυτή στην κρυστάλλωση του σιδήρου της ξαφνικής αλλαγής. Επομένως, η τάση του πορώδους στη συγκόλληση όταν το Ni είναι 15%~30% είναι μικρή, και όταν η περιεκτικότητα σε Ni είναι μεγάλη, η τάση του πορώδους αυξάνεται περαιτέρω στο 60%~90%, και η ποσότητα του διαλυμένου χάλυβα είναι αναπόφευκτη να μειωθεί, προκαλώντας έτσι την τάση σχηματισμού πορώδους να γίνει μεγαλύτερη.
③ Η επίδραση άλλων στοιχείων κράματος. Όταν η συγκόλληση σιδήρου-νικελίου περιέχει μαγγάνιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο, αλουμίνιο, τιτάνιο και άλλα στοιχεία κράματος ή σύμφωνα με το κράμα, μπορεί να βελτιώσει την αντιπορώδη ικανότητα της συγκόλλησης, αυτό οφείλεται στο μαγγάνιο, το τιτάνιο και το αλουμίνιο κ.λπ. έχουν τον ρόλο της αποξυγόνωσης, ενώ το χρώμιο και το μολυβδαίνιο βελτιώνουν τη διαλυτότητα της συγκόλλησης στο στερεό μέταλλο. Έτσι, η αντιπορώδης ικανότητα της συγκόλλησης από ανοξείδωτο χάλυβα νικελίου και 1Cr18Ni9Ti είναι καλύτερη από τη συγκόλληση χάλυβα νικελίου και Q235-A. Το αλουμίνιο και το τιτάνιο μπορούν επίσης να δεσμεύσουν άζωτο σε σταθερές ενώσεις, γεγονός που μπορεί επίσης να βελτιώσει την αντιπορώδη ικανότητα της συγκόλλησης.
2. Θερμική πυρόλυση
Ο κύριος λόγος για θερμική ρωγμάτωση στον χάλυβα και το νικέλιο και τα κράματά του στη συγκόλληση είναι ότι, λόγω της υψηλής συγκέντρωσης νικελίου στη συγκόλληση με δενδριτική οργάνωση, στην άκρη των χονδροειδών κόκκων, συγκεντρώνεται ένας αριθμός συν-κρυστάλλων χαμηλού σημείου τήξης, αποδυναμώνοντας έτσι τη σύνδεση μεταξύ των κόκκων, μειώνοντας την αντοχή στη ρωγμή του μετάλλου συγκόλλησης. Επιπλέον, η περιεκτικότητα σε νικέλιο του μετάλλου συγκόλλησης είναι πολύ υψηλή για να προκαλέσει θερμική ρωγμάτωση στο μέταλλο συγκόλλησης, η οποία έχει σημαντικό αντίκτυπο στη συγκόλληση σιδήρου-νικελίου, ενώ το οξυγόνο, το θείο, ο φώσφορος και άλλες ακαθαρσίες έχουν επίσης μεγάλη επίδραση στη συγκόλληση με θερμική ρωγμάτωση.
Όταν χρησιμοποιείται ροή χωρίς οξυγόνο, λόγω της μείωσης της ποιότητας του οξυγόνου, του θείου, του φωσφόρου και άλλων επιβλαβών ακαθαρσιών στη συγκόλληση, ιδιαίτερα η μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο, με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά η ποσότητα ρωγμών. Επειδή η κρυστάλλωση της λιωμένης δεξαμενής, το οξυγόνο και το νικέλιο μπορούν να σχηματίσουν ευτηκτική Ni + NiO, ευτηκτική θερμοκρασία 1438 ℃, και το οξυγόνο μπορεί επίσης να ενισχύσει τις βλαβερές επιδράσεις του θείου. Έτσι, όταν η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στη συγκόλληση είναι υψηλή, η τάση θερμικής ρωγμάτωσης είναι μεγαλύτερη.
Τα Mn, Cr, Mo, Ti, Nb και άλλα στοιχεία κράματος μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή στη ρωγμή του μετάλλου συγκόλλησης. Τα Mn, Cr, Mo, Ti, Nb είναι μεταμορφωτικοί παράγοντες, μπορούν να βελτιώσουν την οργάνωση της συγκόλλησης και να διαταράξουν την κατεύθυνση της κρυστάλλωσής της. Τα Al και Ti είναι επίσης ισχυροί αποξειδωτικοί παράγοντες, μπορούν να μειώσουν την ποσότητα οξυγόνου στη συγκόλληση. Το Mn μπορεί να σχηματίσει πυρίμαχες ενώσεις με S, MnS, γεγονός που μειώνει τις βλαβερές επιπτώσεις του θείου.
Μηχανικές ιδιότητες συγκολλημένων αρμών
Οι μηχανικές ιδιότητες των συγκολλήσεων σιδήρου-νικελίου σχετίζονται με τα υλικά του μετάλλου πλήρωσης και τις παραμέτρους συγκόλλησης. Κατά τη συγκόλληση καθαρού νικελίου και χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, όταν το ισοδύναμο Ni στη συγκόλληση είναι μικρότερο από 30%, υπό την ταχεία ψύξη της συγκόλλησης, θα εμφανιστεί μια δομή μαρτενσίτη στη συγκόλληση, προκαλώντας απότομη πτώση της πλαστικότητας και της σκληρότητας της σύνδεσης. Επομένως, για να επιτευχθεί καλύτερη πλαστικότητα και σκληρότητα της σύνδεσης, το ισοδύναμο Ni στη συγκόλληση σιδήρου-νικελίου θα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από 30%.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Μαρτίου 2025