Introduzione
Nella produzione di apparecchiature chimiche e petrolifere, per risparmiare il costoso nichel, l'acciaio viene spesso saldato al nichel e alle sue leghe.
I principali problemi della saldatura
Durante la saldatura, i componenti principali del giunto sono ferro e nichel, che presentano una solubilità reciproca infinita e non formano composti intermetallici. In generale, il contenuto di nichel nella saldatura è relativamente elevato, pertanto nella zona di fusione del giunto saldato non si forma alcuno strato di diffusione. Il problema principale della saldatura è la tendenza a produrre porosità e cricche a caldo nel giunto.
1. Porosità
Nella saldatura di acciaio, nichel e sue leghe, i principali fattori che influenzano la formazione di porosità nella saldatura sono l'ossigeno, il nichel e altri elementi di lega.
① L'effetto dell'ossigeno. Durante la saldatura, il metallo liquido può disciogliere più ossigeno, e l'ossigeno ad alte temperature ossida il nichel, formando NiO. Il NiO può reagire con l'idrogeno e il carbonio nel metallo liquido generando vapore acqueo e monossido di carbonio nel bagno di fusione durante la solidificazione, come ad esempio residui che fuoriescono dalla saldatura e che causano la formazione di porosità. Nella saldatura ad arco sommerso di nichel puro e Q235-A, nel caso in cui il contenuto di azoto e idrogeno non cambi molto, maggiore è il contenuto di ossigeno nella saldatura, maggiore è il numero di pori nella saldatura.
② L'effetto del nichel. Nella saldatura ferro-nichel, la solubilità dell'ossigeno nel ferro e nel nichel è diversa: la solubilità dell'ossigeno nel nichel liquido è maggiore di quella nel ferro liquido, mentre la solubilità dell'ossigeno nel nichel solido è minore di quella nel ferro solido. Pertanto, la variazione improvvisa della solubilità dell'ossigeno nella cristallizzazione del nichel è più pronunciata rispetto a quella nella cristallizzazione del ferro. Di conseguenza, la tendenza alla porosità nella saldatura quando il contenuto di Ni è compreso tra il 15% e il 30% è bassa, mentre quando il contenuto di Ni è elevato, la tendenza alla porosità aumenta ulteriormente fino al 60%-90%, e la quantità di acciaio disciolto tende a diminuire, causando quindi un aumento della tendenza alla formazione di porosità.
③ L'influenza di altri elementi di lega. Quando la saldatura ferro-nichel contiene manganese, cromo, molibdeno, alluminio, titanio e altri elementi di lega, o in linea con la lega, può migliorare l'antiporosità della saldatura. Ciò è dovuto al fatto che manganese, titanio e alluminio, ecc. hanno un ruolo di deossigenazione, mentre cromo e molibdeno migliorano la solubilità della saldatura nel metallo solido. Pertanto, la saldatura tra nichel e acciaio inossidabile 1Cr18Ni9Ti ha una maggiore antiporosità rispetto alla saldatura tra nichel e acciaio Q235-A. Alluminio e titanio possono anche fissare l'azoto in composti stabili, il che può ulteriormente migliorare l'antiporosità della saldatura.
2. Cricche termiche
Nella saldatura di acciaio e nichel e delle sue leghe, la causa principale della fessurazione termica è dovuta all'elevato contenuto di nichel nella saldatura, caratterizzato da un'organizzazione dendritica. Ai bordi dei grani grossolani si concentra un certo numero di co-cristalli a basso punto di fusione, indebolendo così il legame tra i grani e riducendo la resistenza alla fessurazione del metallo di saldatura. Inoltre, un contenuto di nichel troppo elevato nel metallo di saldatura, che può causare fessurazioni termiche, ha un impatto significativo sulla tendenza alla fessurazione termica della saldatura ferro-nichel.
Quando si utilizza un flusso privo di ossigeno, a causa della riduzione della qualità di ossigeno, zolfo, fosforo e altre impurità dannose nella saldatura, in particolare la diminuzione del contenuto di ossigeno, la quantità di cricche si riduce notevolmente. Poiché la cristallizzazione del bagno fuso, l'ossigeno e il nichel possono formare l'eutettico Ni + NiO, con una temperatura eutettica di 1438 ℃, e l'ossigeno può anche rafforzare gli effetti dannosi dello zolfo. Pertanto, quando il contenuto di ossigeno nella saldatura è elevato, la tendenza alla criccatura termica è maggiore.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb e altri elementi di lega possono migliorare la resistenza alle cricche del metallo di saldatura. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb sono agenti metamorfici, possono affinare l'organizzazione della saldatura e possono interrompere la direzione della sua cristallizzazione. Al e Ti sono anche forti agenti disossidanti, possono ridurre la quantità di ossigeno nella saldatura. Il Mn può formare composti refrattari con S, MnS, che riducono gli effetti dannosi dello zolfo.
Proprietà meccaniche dei giunti saldati
Le proprietà meccaniche dei giunti di saldatura ferro-nichel sono correlate ai materiali del metallo d'apporto e ai parametri di saldatura. Quando si salda nichel puro e acciaio a basso tenore di carbonio, se l'equivalente di Ni nella saldatura è inferiore al 30%, a causa del rapido raffreddamento della saldatura si forma una struttura martensitica, che provoca un brusco calo della plasticità e della tenacità del giunto. Pertanto, per ottenere una migliore plasticità e tenacità del giunto, l'equivalente di Ni nella saldatura ferro-nichel dovrebbe essere superiore al 30%.
Data di pubblicazione: 10 marzo 2025