Invoering
Bij de productie van chemische en petroleumapparatuur wordt staal vaak aan nikkel en legeringen gelast om kostbaar nikkel te besparen.
De belangrijkste problemen bij het lassen
Bij lassen zijn de belangrijkste componenten in de las ijzer en nikkel. Deze metalen zijn oneindig oplosbaar in elkaar en vormen geen intermetallische verbindingen. Over het algemeen is het nikkelgehalte in de las relatief hoog, waardoor er in de smeltzone van de lasverbinding geen diffusielaag ontstaat. Het grootste probleem bij lassen is de neiging tot porositeit en hete scheuren in de las.
1. Porositeit
Bij het lassen van staal, nikkel en nikkellegeringen zijn de belangrijkste factoren die de vorming van porositeit in de las beïnvloeden zuurstof, nikkel en andere legeringselementen.
① Het effect van zuurstof. Bij het lassen kan het vloeibare metaal meer zuurstof opnemen. Zuurstof oxideert bij hoge temperaturen nikkel, waardoor NiO ontstaat. NiO kan reageren met waterstof en koolstof in het vloeibare metaal, waardoor waterdamp en koolmonoxide ontstaan tijdens de stolling van het smeltbad. Als deze stoffen te laat ontsnappen, ontstaan er resten in de las, wat leidt tot de vorming van porositeit. Bij het onderpoederlassen van ijzer en nikkel met zuiver nikkel en Q235-A, verandert het stikstof- en waterstofgehalte niet veel, maar hoe hoger het zuurstofgehalte in de las, hoe groter het aantal poriën in de las.
② Het effect van nikkel. In de ijzer-nikkellas is de oplosbaarheid van zuurstof in ijzer en nikkel verschillend. De oplosbaarheid van zuurstof in vloeibaar nikkel is groter dan die in vloeibaar ijzer, terwijl de oplosbaarheid van zuurstof in vast nikkel kleiner is dan die in vast ijzer. Daarom is de oplosbaarheid van zuurstof tijdens de abrupte verandering in nikkelkristallisatie sterker dan tijdens de abrupte verandering in ijzerkristallisatie. De neiging tot porositeit in de las is daarom gering bij een nikkelgehalte van 15% tot 30%. Bij een hoger nikkelgehalte van 60% tot 90% neemt de neiging tot porositeit verder toe, omdat de hoeveelheid opgelost staal noodzakelijkerwijs afneemt, waardoor de neiging tot porositeit toeneemt.
③ De invloed van andere legeringselementen. Wanneer de ijzer-nikkellas mangaan, chroom, molybdeen, aluminium, titanium en andere legeringselementen bevat, of een combinatie daarvan, kan de porositeit van de las verbeteren. Dit komt doordat mangaan, titanium en aluminium een deoxygenerende werking hebben, terwijl chroom en molybdeen de oplosbaarheid van het lasmateriaal in het vaste metaal verbeteren. Daarom is de porositeit van een las van nikkel en 1Cr18Ni9Ti roestvast staal beter dan die van een las van nikkel en Q235-A staal. Aluminium en titanium kunnen bovendien stikstof binden in stabiele verbindingen, wat de porositeit van de las verder kan verbeteren.
2. Thermische scheurvorming
Bij lasverbindingen tussen staal en nikkel en nikkellegeringen is de belangrijkste oorzaak van thermische scheurvorming dat, door het hoge nikkelgehalte in de las met dendritische structuur, zich aan de rand van de grove korrels een aantal co-kristallen met een laag smeltpunt concentreren. Dit verzwakt de verbinding tussen de korrels en vermindert de scheurweerstand van het lasmetaal. Bovendien heeft een te hoog nikkelgehalte in het lasmetaal een aanzienlijke invloed op de neiging tot thermische scheurvorming bij ijzer-nikkellassen. Ook zuurstof, zwavel, fosfor en andere onzuiverheden hebben een grote invloed op de neiging tot thermische scheurvorming in de las.
Bij gebruik van zuurstofvrije flux wordt, door de afname van zuurstof, zwavel, fosfor en andere schadelijke onzuiverheden in de las, met name door de daling van het zuurstofgehalte, de kans op scheurvorming aanzienlijk verminderd. Tijdens de kristallisatie van het smeltbad kunnen zuurstof en nikkel een Ni + NiO-eutecticum vormen met een eutectische temperatuur van 1438 °C. Bovendien kan zuurstof de schadelijke effecten van zwavel versterken. Daarom is de kans op thermische scheurvorming groter bij een hoog zuurstofgehalte in de las.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb en andere legeringselementen kunnen de scheurweerstand van het lasmetaal verbeteren. Mn, Cr, Mo, Ti en Nb zijn metamorfe middelen die de lasstructuur kunnen verfijnen en de kristallisatierichting kunnen verstoren. Al en Ti zijn ook sterke deoxidatiemiddelen die de hoeveelheid zuurstof in de las kunnen verminderen. Mn kan vuurvaste verbindingen vormen met S, MnS, wat de schadelijke effecten van zwavel vermindert.
Mechanische eigenschappen van lasverbindingen
De mechanische eigenschappen van ijzer-nikkel lasverbindingen zijn afhankelijk van het vulmetaal en de lasparameters. Bij het lassen van zuiver nikkel en koolstofarm staal ontstaat er, wanneer het nikkelgehalte in de las minder dan 30% bedraagt, door de snelle afkoeling van de las een martensietstructuur. Dit leidt tot een sterke afname van de plasticiteit en taaiheid van de verbinding. Om een betere plasticiteit en taaiheid van de verbinding te verkrijgen, dient het nikkelgehalte in de ijzer-nikkel las daarom hoger te zijn dan 30%.
Geplaatst op: 10 maart 2025