Bevezetés
Vegyipari és kőolajipari berendezések gyártásakor a drága nikkel megtakarítása érdekében az acélt gyakran nikkelhez és ötvözetekhez hegesztik.
A hegesztés főbb problémái
Hegesztéskor a varrat fő alkotóelemei a vas és a nikkel, amelyek végtelen kölcsönös oldhatóságra képesek, és nem képeznek fémek közötti vegyületeket. Általánosságban elmondható, hogy a varrat nikkeltartalma viszonylag magas, így a hegesztett kötés fúziós zónájában nem képződik diffúziós réteg. A hegesztés fő problémája a porozitás és a forró repedések kialakulásának hajlama a varratban.
1. Porozitás
Acél és nikkel, valamint ötvözetei hegesztéskor a hegesztés porozitásának kialakulását befolyásoló fő tényezők az oxigén, a nikkel és más ötvözőelemek.
① Az oxigén hatása. Hegesztés során a folyékony fém több oxigént oldhat fel, és magas hőmérsékleten a nikkel oxidációja és a NiO képződése során a NiO hidrogénnel és szénnel reagálva a folyékony fémben vízgőzt és szén-monoxidot képezhet az olvadékfürdőben, amely megszilárdul, és túl későn távozik, így a hegesztésben maradó porozitás alakul ki. Tiszta nikkel és Q235-A fedett ívű hegesztésnél vas és nikkel hegesztésekor a nitrogén- és hidrogéntartalom nem változik jelentősen, minél magasabb a hegesztés oxigéntartalma, annál nagyobb a pórusok száma a hegesztésben.
② A nikkel hatása. A vas-nikkel hegesztésnél az oxigén oldhatósága a vasban és a nikkelben eltérő, az oxigén oldhatósága a folyékony nikkelben nagyobb, mint a folyékony vasban, míg a szilárd nikkelben kisebb, mint a szilárd vasban, ezért az oxigén oldhatósága a nikkel hirtelen kristályosodásában kifejezettebb, mint a vas kristályosodásában. Ezért a hegesztés porozitásának tendenciája 15%~30% Ni-tartalom esetén kicsi, magas Ni-tartalom esetén pedig 60%~90%-ra nő, és az oldott acél mennyisége csökkenni fog, ami a porozitás kialakulásának tendenciáját növeli.
③ Más ötvözőelemek hatása. Ha a vas-nikkel hegesztés mangánt, krómot, molibdént, alumíniumot, titánt és más ötvözőelemeket tartalmaz az ötvözéssel összhangban, az javíthatja a hegesztés porozitásállóságát. Ez a mangánnak, titánnak és alumíniumnak köszönhető, amelyek oxigénmegkötő szerepet játszanak, míg a króm és a molibdén javítja a hegesztés oldhatóságát a szilárd fémben. Tehát a nikkel és az 1Cr18Ni9Ti rozsdamentes acél hegesztése porozitásállóbb, mint a nikkel és a Q235-A acél hegesztése. Az alumínium és a titán stabil vegyületekben is képes megkötni a nitrogént, ami szintén javíthatja a hegesztés porozitásállóságát.
2. Termikus repedés
Az acél és nikkel, valamint ötvözeteinek hegesztési varratában a termikus repedés kialakulásának fő oka a magas nikkeltartalom és a dendrites szerveződés miatt, a durva szemcsék szélén számos alacsony olvadáspontú kokristály koncentrálódik, ami gyengíti a szemcsék közötti kapcsolatot, és csökkenti a hegesztési varrat repedésállóságát. Ezenkívül a hegesztési varrat nikkeltartalma túl magas ahhoz, hogy a hegesztési varratban termikus repedés keletkezzen, ami jelentős hatással van a vas-nikkel hegesztési varratra, az oxigén, a kén, a foszfor és egyéb szennyeződések pedig nagy hatással vannak a hegesztési varrat termikus repedés kialakulásának hajlamára is.
Oxigénmentes fluxus használata esetén a hegesztésben található oxigén, kén, foszfor és egyéb káros szennyeződések minőségének csökkenése, különösen az oxigéntartalom csökkenése miatt a repedések mennyisége jelentősen csökken. Az olvadékfürdő kristályosodása miatt az oxigén és a nikkel Ni + NiO eutektikus csapadékot képezhet, az eutektikus hőmérséklet 1438 ℃, és az oxigén is felerősítheti a kén káros hatásait. Tehát, ha a hegesztés oxigéntartalma magas, a termikus repedések kialakulásának hajlama nagyobb.
Az Mn, Cr, Mo, Ti, Nb és más ötvözőelemek javíthatják a hegesztési varrat repedésállóságát. Az Mn, Cr, Mo, Ti és Nb metamorf anyagok, finomíthatják a hegesztési varrat szerveződését, és megzavarhatják a kristályosodás irányát. Az Al és Ti erős deoxidálószerek is, csökkenthetik a hegesztési varrat oxigéntartalmát. Az Mn tűzálló vegyületeket képezhet S-sel és MnS-sel, ami csökkenti a kén káros hatásait.
Hegesztett kötések mechanikai tulajdonságai
A vas-nikkel hegesztési kötések mechanikai tulajdonságai a töltőanyag anyagától és a hegesztési paraméterektől függenek. Tiszta nikkel és alacsony széntartalmú acél hegesztésekor, amikor a hegesztés Ni-egyenértéke kevesebb, mint 30%, a hegesztés gyors lehűlése miatt martenzites szerkezet jelenik meg a hegesztésben, ami a kötés képlékenységének és szívósságának hirtelen csökkenéséhez vezet. Ezért a kötés jobb képlékenységének és szívósságának elérése érdekében a vas-nikkel hegesztés Ni-egyenértékének 30%-nál nagyobbnak kell lennie.
Közzététel ideje: 2025. márc. 10.