Introducere
La fabricarea echipamentelor chimice și petroliere, pentru a economisi nichelul scump, oțelul este adesea sudat cu nichel și aliaje.
Principalele probleme ale sudării
La sudare, principalele componente ale sudurii sunt fierul și nichelul, care sunt capabile de o solubilitate reciprocă infinită și nu formează compuși intermetalici. În general, conținutul de nichel din sudură este relativ ridicat, astfel încât în zona de fuziune a îmbinării sudate nu se formează un strat de difuzie. Principala problemă a sudării este tendința de a produce porozitate și fisuri fierbinți în sudură.
1. Porozitate
Oțelul, nichelul și aliajele sale la sudare, principalii factori care afectează formarea porozității în sudură sunt oxigenul, nichelul și alte elemente de aliere.
① Efectul oxigenului. La sudură, metalul lichid poate dizolva mai mult oxigen, iar la temperaturi ridicate se oxidează nichelul, formând NiO. NiO poate reacționa cu hidrogenul și carbonul din metalul lichid pentru a genera vapori de apă și monoxid de carbon în baia topită, solidificându-se astfel, astfel încât ieșirea este prea târzie, rezultând porozitate în sudură. În sudarea cu arc sub apă a nichelului pur și a Q235-A a fierului și nichelului, conținutul de azot și hidrogen nu se modifică semnificativ. Cu cât conținutul de oxigen din sudură este mai mare, cu atât numărul de pori din sudură este mai mare.
② Efectul nichelului. În sudura fier-nichel, solubilitatea oxigenului în fier și nichel este diferită. Solubilitatea oxigenului în nichelul lichid este mai mare decât cea în fierul lichid, în timp ce solubilitatea oxigenului în nichelul solid este mai mică decât cea în fierul solid. Prin urmare, solubilitatea oxigenului în cristalizarea nichelului este mai pronunțată decât în cristalizarea fierului. Prin urmare, tendința de porozitate în sudură este mică atunci când Ni este 15%~30%, iar când conținutul de Ni este mare, tendința de porozitate crește în continuare la 60%~90%, iar cantitatea de oțel dizolvat este inevitabilă să scadă, determinând astfel creșterea tendinței de formare a porozității.
③ Influența altor elemente de aliere. Atunci când sudura fier-nichel conține mangan, crom, molibden, aluminiu, titan și alte elemente de aliere sau este în concordanță cu alierea, aceasta poate îmbunătăți antiporozitatea sudurii. Acest lucru se datorează faptului că manganul, titanul și aluminiul etc. au rolul de dezoxigenare, în timp ce cromul și molibdenul îmbunătățesc solubilitatea sudurii în metalul solid. Astfel, sudurile nichelului și oțelului inoxidabil 1Cr18Ni9Ti au o antiporozitate mai mare decât sudurile nichelului și oțelului Q235-A. Aluminiul și titanul pot, de asemenea, fixa azotul în compuși stabili, ceea ce poate îmbunătăți și antiporozitatea sudurii.
2. Fisurare termică
În cazul oțelului, nichelului și aliajelor sale, principalul motiv pentru fisurarea termică este că, din cauza conținutului ridicat de nichel din sudură, cu organizare dendritică, la marginea granulelor grosiere, există o concentrație de cocristale cu punct de topire scăzut, ceea ce slăbește legătura dintre granule și reduce rezistența la fisurare a metalului sudat. În plus, conținutul de nichel din metalul sudat este prea mare pentru ca acesta să producă fisuri termice, ceea ce are un impact semnificativ asupra sudurii fier-nichel, iar oxigenul, sulful, fosforul și alte impurități au, de asemenea, un impact mare asupra tendinței de fisurare termică a sudurii.
Atunci când se utilizează flux fără oxigen, din cauza reducerii calității oxigenului, sulfului, fosforului și a altor impurități dăunătoare din sudură, în special a scăderii conținutului de oxigen, se reduce considerabil cantitatea de fisuri. Deoarece cristalizarea bazinului topit, oxigenul și nichelul pot forma eutectic Ni + NiO, temperatura eutectică fiind de 1438 ℃, iar oxigenul poate amplifica, de asemenea, efectele dăunătoare ale sulfului. Așadar, atunci când conținutul de oxigen din sudură este ridicat, tendința de fisuri termice este mai mare.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb și alte elemente de aliere pot îmbunătăți rezistența la fisurare a metalului sudat. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb sunt agenți metamorfici, pot rafina organizarea sudurii și pot perturba direcția cristalizării acesteia. Al și Ti sunt, de asemenea, un agent dezoxidant puternic, putând reduce cantitatea de oxigen din sudură. Mn poate forma compuși refractari cu S și MnS, ceea ce reduce efectele nocive ale sulfului.
Proprietățile mecanice ale îmbinărilor sudate
Proprietățile mecanice ale îmbinărilor sudate fier-nichel sunt legate de materialele de umplere și de parametrii de sudare. La sudarea nichelului pur și a oțelului cu conținut scăzut de carbon, când echivalentul Ni în sudură este mai mic de 30%, la răcirea rapidă a sudurii, va apărea o structură martensitică în sudură, determinând o scădere bruscă a plasticității și tenacității îmbinării. Prin urmare, pentru a obține o plasticitate și o tenacitate mai bune a îmbinării, echivalentul Ni în sudura fier-nichel trebuie să fie mai mare de 30%.
Data publicării: 10 martie 2025