Plieno ir nikelio bei nikelio lydinių suvirinimas, DUK

Įvadas

Gaminant chemijos ir naftos įrangą, siekiant sutaupyti brangaus nikelio, plienas dažnai suvirinamas su nikeliu ir lydiniais.

Pagrindinės suvirinimo problemos

Suvirinant pagrindiniai suvirinimo komponentai yra geležis ir nikelis, kurie gali be galo tirpti vienas kitam ir nesudaro tarpmetalinių junginių. Apskritai nikelio kiekis suvirinimo siūlėje yra gana didelis, todėl suvirinto sujungimo lydymosi zonoje difuzinis sluoksnis nesusidaro. Pagrindinė suvirinimo problema yra poringumo ir karštų įtrūkimų susidarymo suvirinimo siūlėje polinkis.

1. Poringumas

Plieno ir nikelio bei jo lydinių suvirinimo metu pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką suvirinimo siūlės poringumui, yra deguonis, nikelis ir kiti legiruojantys elementai.

1. Deguonies poveikis. Suvirinant skystame metale gali ištirpti daugiau deguonies, o esant aukštai temperatūrai ir nikelio oksidacijai, susidaro NiO. NiO gali reaguoti su skystame metale esančiu vandeniliu ir anglimi, susidarant vandens garams ir anglies monoksidui, kurie kietėja išlydyto metalo vonelėje. Jie gali išsiskirti per vėlai, todėl suvirinimo siūlėje susidaro likučiai, dėl kurių susidaro poringumas. Suvirinant gryną nikelį ir Q235-A geležies bei nikelio suvirinimo siūlę po fliusu, azoto ir vandenilio kiekis labai nesikeičia. Kuo didesnis deguonies kiekis suvirinimo siūlėje, tuo didesnis porų skaičius suvirinimo siūlėje.

② Nikelio poveikis. Geležies ir nikelio suvirinimo siūlėje deguonies tirpumas geležyje ir nikelyje skiriasi: deguonies tirpumas skystame nikelyje yra didesnis nei skystame geležyje, o kietame nikelyje yra mažesnis nei kietame geležyje. Todėl deguonies tirpumas staigiai pasikeitus nikelio kristalizacijai yra ryškesnis nei staigiai pasikeitus geležies kristalizacijai. Todėl suvirinimo siūlės poringumo tendencija, kai Ni yra 15–30 %, yra maža, o kai Ni kiekis didelis, poringumo tendencija dar labiau padidėja iki 60–90 %, o ištirpusio plieno kiekis neišvengiamai mažėja, todėl poringumo susidarymo tendencija padidėja.

③ Kitų legiruojančių elementų įtaka. Kai geležies ir nikelio suvirinimo siūlėje yra mangano, chromo, molibdeno, aliuminio, titano ir kitų legiruojančių elementų arba jie atitinka legiruojamąją medžiagą, suvirinimo siūlės atsparumas gali pagerėti. Manganas, titanas ir aliuminis atlieka deguonies šalinimo funkciją, o chromas ir molibdenas pagerina suvirinimo siūlės tirpumą kietajame metale. Todėl nikelio ir 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno suvirinimas yra atsparesnis porėtumui nei nikelio ir Q235-A plieno. Aliuminis ir titanas taip pat gali fiksuoti azotą stabiliuose junginiuose, o tai taip pat gali pagerinti suvirinimo siūlės atsparumą porėtumui.

2. Terminis krekingas

Plieno ir nikelio bei jo lydinių suvirinimo siūlėse pagrindinė terminio įtrūkimo priežastis yra ta, kad dėl didelio nikelio kiekio suvirinimo siūlėje, turinčio dendritinę struktūrą, kraštuose susikaupę stambiųjų grūdelių, kurie susikaupia daug žemos lydymosi temperatūros kokristalų, todėl susilpnėja jungtis tarp grūdelių ir sumažėja suvirinimo metalo atsparumas įtrūkimams. Be to, nikelio kiekis suvirinimo metale yra per didelis, kad suvirinimo metale atsirastų terminis įtrūkimas, o tai daro didelę įtaką geležies ir nikelio suvirinimui, deguonis, siera, fosforas ir kitos priemaišos taip pat turi didelę įtaką suvirinimo siūlės terminio įtrūkimo tendencijai.

Naudojant bedeguonį fliusą, dėl deguonies, sieros, fosforo ir kitų kenksmingų priemaišų kokybės sumažėjimo suvirinimo siūlėje, ypač deguonies kiekio sumažėjimo, labai sumažėja įtrūkimų skaičius. Dėl išlydyto vandens kristalizacijos deguonis ir nikelis gali sudaryti eutektinį Ni + NiO, kurio eutektinė temperatūra siekia 1438 ℃, o deguonis taip pat gali sustiprinti žalingą sieros poveikį. Todėl, kai suvirinimo siūlėje yra didelis deguonies kiekis, terminio įtrūkimo tikimybė yra didesnė.

Mn, Cr, Mo, Ti, Nb ir kiti legiruojantys elementai gali pagerinti suvirinimo metalo atsparumą įtrūkimams. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb yra metamorfinės medžiagos, gali pagerinti suvirinimo struktūrą ir sutrikdyti jos kristalizacijos kryptį. Al ir Ti taip pat yra stiprios deoksidacinės medžiagos, galinčios sumažinti deguonies kiekį suvirinimo siūlėje. Mn gali sudaryti ugniai atsparius junginius su S ir MnS, o tai sumažina žalingą sieros poveikį.

Suvirintų jungčių mechaninės savybės

Geležies ir nikelio suvirinimo jungčių mechaninės savybės yra susijusios su užpildo metalo medžiagomis ir suvirinimo parametrais. Suvirinant gryną nikelį ir mažo anglies kiekio plieną, kai Ni ekvivalentas suvirinimo siūlėje yra mažesnis nei 30 %, dėl greito suvirinimo siūlei auštant, joje susidaro martensito struktūra, dėl kurios jungties plastiškumas ir tvirtumas smarkiai sumažėja. Todėl norint pasiekti geresnį jungties plastiškumą ir tvirtumą, Ni ekvivalentas geležies ir nikelio suvirinimo siūlėje turėtų būti didesnis nei 30 %.