Úvod
Pri výrobe chemických a ropných zariadení sa oceľ často zvára s niklom a jeho zliatinami, aby sa ušetril drahý nikel.
Hlavné problémy zvárania
Pri zváraní sú hlavnými zložkami vo zvare železo a nikel, ktoré sú schopné nekonečnej vzájomnej rozpustnosti a netvoria intermetalické zlúčeniny. Vo všeobecnosti je obsah niklu vo zvare relatívne vysoký, takže v zóne tavenia zvarového spoja sa netvorí difúzna vrstva. Hlavným problémom zvárania je tendencia k tvorbe pórovitosti a horúcich trhlín vo zvare.
1. Pórovitosť
Pri zváraní ocele, niklu a jej zliatin sú hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi tvorbu pórovitosti vo zvare kyslík, nikel a ďalšie legujúce prvky.
1 Vplyv kyslíka. Pri zváraní sa v tekutom kovu môže rozpustiť viac kyslíka a kyslík pri vysokých teplotách a oxidácii niklu môže tvoriť NiO. NiO môže reagovať s vodíkom a uhlíkom v tekutom kove, čím vzniká vodná para a oxid uhoľnatý v roztavenom kúpeli, čo vedie k jeho tuhnutiu. Neskoro uniká a vo zvare sa tvorí zvyšková pórovitosť. Pri zváraní železa a niklu pod tavivom s použitím čistého niklu a Q235-A sa obsah dusíka a vodíka výrazne nemení. Čím vyšší je obsah kyslíka vo zvare, tým vyšší je počet pórov vo zvare.
② Vplyv niklu. V zvare železo-nikl je rozpustnosť kyslíka v železe a nikle odlišná, rozpustnosť kyslíka v tekutom nikle je väčšia ako v tekutom železe, zatiaľ čo rozpustnosť kyslíka v pevnom nikle je menšia ako v pevnom železe, preto je rozpustnosť kyslíka v nikle pri náhlej zmene kryštalizácie výraznejšia ako v železe pri náhlej zmene kryštalizácie. Preto je tendencia k pórovitosti zvaru pri obsahu Ni 15 % až 30 % malá a pri vysokom obsahu Ni sa tendencia k pórovitosti ďalej zvyšuje na 60 % až 90 % a množstvo rozpustenej ocele sa nevyhnutne znižuje, čo spôsobuje tendenciu k väčšej pórovitosti.
③ Vplyv iných legujúcich prvkov. Keď železo-niklový zvar obsahuje mangán, chróm, molybdén, hliník, titán a iné legujúce prvky alebo sú v súlade s legovaním, môže to zlepšiť antiporéznosť zvaru. Je to vďaka mangánu, titánu a hliníku atď., ktoré zohrávajú úlohu pri odkysličení, zatiaľ čo chróm a molybdén zlepšujú rozpustnosť zvaru v pevnom kove. Nikel a nehrdzavejúca oceľ 1Cr18Ni9Ti majú teda antiporéznosť v porovnaní s niklom a oceľou Q235-A. Hliník a titán môžu tiež viazať dusík v stabilných zlúčeninách, čo môže tiež zlepšiť antiporéznosť zvaru.
2. Tepelné krakovanie
Hlavnou príčinou tepelného praskania ocele, niklu a jej zliatin vo zvare je vysoký obsah niklu vo zvare s dendritickou organizáciou, ktorý na okrajoch hrubých zŕn koncentruje množstvo kokryštálov s nízkou teplotou topenia, čím oslabuje spojenie medzi zrnami a znižuje odolnosť zvarového kovu voči praskaniu. Okrem toho, obsah niklu vo zvarovom kove je príliš vysoký na to, aby zvarový kov spôsoboval tepelné praskanie, čo má významný vplyv na železo-niklový zvar. Kyslík, síra, fosfor a ďalšie nečistoty majú tiež veľký vplyv na tendenciu k tepelnému praskaniu zvaru.
Pri použití bezkyslíkového tavidla sa v dôsledku zníženia obsahu kyslíka, síry, fosforu a iných škodlivých nečistôt vo zvare, najmä v dôsledku poklesu obsahu kyslíka, výrazne znižuje množstvo praskania. V dôsledku kryštalizácie v roztavenom kúpeli môže kyslík a nikel tvoriť eutektické zlúčenie Ni + NiO s teplotou eutektického zlúčenia 1438 ℃ a kyslík môže tiež zosilniť škodlivé účinky síry. Takže pri vysokom obsahu kyslíka vo zvare je tendencia k tepelnému praskaniu väčšia.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb a ďalšie legujúce prvky môžu zlepšiť odolnosť zvarového kovu proti praskaniu. Mn, Cr, Mo, Ti a Nb sú metamorfné činidlá, ktoré môžu zjemniť štruktúru zvaru a narušiť smer jeho kryštalizácie. Al a Ti sú tiež silné deoxidačné činidlá, ktoré môžu znížiť množstvo kyslíka vo zvare. Mn môže s S a MnS tvoriť žiaruvzdorné zlúčeniny, čo znižuje škodlivé účinky síry.
Mechanické vlastnosti zvarových spojov
Mechanické vlastnosti zvarových spojov železo-nikl súvisia s materiálmi prídavného kovu a parametrami zvárania. Pri zváraní čistého niklu a nízkouhlíkovej ocele, keď je ekvivalent Ni vo zvare menší ako 30 %, sa pri rýchlom ochladení zvaru vo zvare objaví martenzitická štruktúra, čo spôsobí prudký pokles plasticity a húževnatosti spoja. Preto, aby sa dosiahla lepšia plasticita a húževnatosť spoja, ekvivalent Ni vo zvare železo-nikl by mal byť vyšší ako 30 %.
Čas uverejnenia: 10. marca 2025