Introduksjon
Ved produksjon av kjemisk og petroleumsutstyr sveises stål ofte til nikkel og legeringer for å spare dyrt nikkel.
De viktigste problemene med sveising
Ved sveising er hovedkomponentene i sveisen jern og nikkel, som er i stand til uendelig gjensidig løselighet og ikke danner intermetalliske forbindelser. Generelt er nikkelinnholdet i sveisen relativt høyt, så i smeltesonen til den sveisede skjøten dannes det ikke noe diffusjonslag. Hovedproblemet med sveising er tendensen til å produsere porøsitet og varme sprekker i sveisen.
1. Porøsitet
Stål og nikkel og dets legeringer ved sveising er hovedfaktorene som påvirker dannelsen av porøsitet i sveisen oksygen, nikkel og andre legeringselementer.
① Effekten av oksygen. Ved sveising kan det flytende metallet løse opp mer oksygen, og oksygenet oksiderer nikkel ved høye temperaturer, noe som fører til dannelse av NiO. NiO kan reagere med hydrogen og karbon i det flytende metallet og generere vanndamp og karbonmonoksid i smeltebadet. Dette kan slippe ut for sent, og det dannes porøsitet i sveisen etter rester. Ved ren nikkel og Q235-A pulverbuesveising av jern og nikkel endres ikke nitrogen- og hydrogeninnholdet mye. Jo høyere oksygeninnholdet i sveisen er, desto høyere er antallet porer i sveisen.
② Effekten av nikkel. I jern-nikkel-sveisingen er løseligheten av oksygen i jern og nikkel forskjellig. Løseligheten av oksygen i flytende nikkel er større enn i flytende jern, mens løseligheten av oksygen i fast nikkel er mindre enn i fast jern. Derfor er løseligheten av oksygen i nikkelkrystalliseringen ved plutselige endringer mer uttalt enn i jernkrystalliseringen ved plutselige endringer. Derfor er tendensen til porøsitet i sveisen liten når Ni er 15 % ~ 30 %. Når Ni-innholdet er stort, øker tendensen til porøsitet ytterligere til 60 % ~ 90 %. Mengden oppløst stål vil avta, noe som fører til at tendensen til porøsitetsdannelse øker.
③ Påvirkning av andre legeringselementer. Når jern-nikkel-sveisen inneholder mangan, krom, molybden, aluminium, titan og andre legeringselementer, eller er i tråd med legeringen, kan dette forbedre sveisens antiporøsitet. Dette skyldes at mangan, titan og aluminium osv. har en deoksygenerende rolle, mens krom og molybden forbedrer sveisens løselighet i fast metall. Derfor er nikkel og 1Cr18Ni9Ti rustfritt stål mer antiporøse enn nikkel og Q235-A stålsveisen. Aluminium og titan kan også fiksere nitrogen i stabile forbindelser, noe som også kan forbedre sveisens antiporøsitet.
2. Termisk sprekkdannelse
Hovedårsaken til termisk sprekkdannelse i stål og nikkel og dets legeringer i sveisen er at på grunn av høy nikkelinnhold med dendrittisk organisering i sveisen, konsentreres en rekke lavt smeltende krystaller i kanten av de grove kornene, noe som svekker forbindelsen mellom kornene og reduserer sveisemetallets sprekkmotstand. I tillegg er nikkelinnholdet i sveisemetallet for høyt til at sveisemetallet kan produsere termisk sprekkdannelse en betydelig innvirkning på jern-nikkel-sveisen. Oksygen, svovel, fosfor og andre urenheter har også stor innvirkning på tendensen til termisk sprekkdannelse i sveisen.
Når man bruker oksygenfri flussmiddel, reduseres mengden sprekkdannelse betraktelig på grunn av redusert kvalitet på oksygen, svovel, fosfor og andre skadelige urenheter i sveisen, spesielt reduksjonen i oksygeninnholdet. Fordi smeltebadet krystalliserer, kan oksygen og nikkel danne eutektisk Ni + NiO, eutektisk temperatur på 1438 ℃, og oksygen kan også forsterke de skadelige effektene av svovel. Så når oksygeninnholdet i sveisen er høyt, er tendensen til termisk sprekkdannelse større.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb og andre legeringselementer kan forbedre sprekkmotstanden til sveisemetallet. Mn, Cr, Mo, Ti og Nb er metamorfe stoffer som kan forbedre sveisestrukturen og forstyrre krystalliseringsretningen. Al og Ti er også sterke deoksidasjonsmidler som kan redusere mengden oksygen i sveisen. Mn kan danne ildfaste forbindelser med S og MnS, noe som reduserer de skadelige effektene av svovel.
Mekaniske egenskaper til sveisede skjøter
De mekaniske egenskapene til jern-nikkel-sveiseskjøter er relatert til fyllmaterialene og sveiseparameterne. Ved sveising av ren nikkel og lavkarbonstål, når Ni-ekvivalenten i sveisen er mindre enn 30 %, vil det under rask avkjøling av sveisen oppstå en martensittstruktur i sveisen, noe som fører til at skjøtens plastisitet og seighet synker kraftig. For å oppnå bedre plastisitet og seighet i skjøten, bør derfor Ni-ekvivalenten i jern-nikkel-sveisen være større enn 30 %.
Publiseringstidspunkt: 10. mars 2025