Uvod
Pri izdelavi kemične in naftne opreme se jeklo pogosto vari z nikljem in zlitinami, da bi prihranili dragi nikelj.
Glavne težave varjenja
Pri varjenju sta glavni komponenti v zvaru železo in nikelj, ki sta sposobni neskončne medsebojne topnosti in ne tvorita intermetalnih spojin. Na splošno je vsebnost niklja v zvaru relativno visoka, zato se v območju taljenja varjenega spoja ne tvori difuzijska plast. Glavna težava pri varjenju je nagnjenost k nastanku poroznosti in vročih razpok v zvaru.
1. Poroznost
Pri varjenju jekla, niklja in njegovih zlitin so glavni dejavniki, ki vplivajo na nastanek poroznosti v varu, kisik, nikelj in drugi legirni elementi.
1 Vpliv kisika. Pri varjenju se lahko v tekoči kovini raztopi več kisika, pri visokih temperaturah pa se kisik in nikelj oksidirata, kar povzroči nastanek NiO. NiO lahko reagira z vodikom in ogljikom v tekoči kovini, kar povzroči nastanek vodne pare in ogljikovega monoksida v staljeni talini, ki se strdita, in na primer prepozno uhajata, kar povzroči nastanek ostankov v varu, kar povzroči nastanek poroznosti. Pri varjenju železa in niklja pod potopnim lokom iz čistega niklja in Q235-A se vsebnost dušika in vodika ne spreminja bistveno. Višja kot je vsebnost kisika v varu, večje je število por v varu.
② Vpliv niklja. Pri varjenju železa in niklja je topnost kisika v železu in niklju različna, topnost kisika v tekočem niklju je večja kot v tekočem železu, medtem ko je topnost kisika v trdnem niklju manjša kot v trdnem železu, zato je topnost kisika pri nenadni kristalizaciji niklja bolj izrazita kot pri nenadni kristalizaciji železa. Zato je tendenca poroznosti v varjenju pri vsebnosti Ni od 15 % do 30 % majhna, pri veliki vsebnosti Ni pa se tendenca poroznosti dodatno poveča na 60 % do 90 %, količina raztopljenega jekla pa se mora zmanjšati, kar povzroči večjo tendenco nastajanja poroznosti.
③ Vpliv drugih legirnih elementov. Ko železo-nikljev zvar vsebuje mangan, krom, molibden, aluminij, titan in druge legirne elemente, se lahko izboljša antiporoznost zvara, kar je posledica dejstva, da mangan, titan in aluminij itd. delujejo deoksigenacijsko, krom in molibden pa izboljšata topnost zvara v trdni kovini. Zato imata nikelj in nerjavno jeklo 1Cr18Ni9Ti antiporoznost v primerjavi z nikljem in jeklom Q235-A. Aluminij in titan lahko vežeta tudi dušik v stabilne spojine, kar lahko izboljša tudi antiporoznost zvara.
2. Termično razpokanje
Glavni vzrok za termično razpokanje v zvaru jekla, niklja in njegovih zlitin, saj se zaradi visoke vsebnosti niklja v zvaru z dendritično organizacijo na robovih grobih zrn koncentrira več kokristalov z nizkim tališčem, kar oslabi povezavo med zrni in zmanjša odpornost zvara proti razpokam. Poleg tega ima vsebnost niklja v zvaru previsoka vsebnost niklja, zaradi česar zvar ne more povzročiti termičnega razpokanja, kar ima pomemben vpliv na železo-nikljev zvar. Nagnjenost zvara k termičnemu razpokanju imajo tudi kisik, žveplo, fosfor in druge nečistoče.
Pri uporabi talila brez kisika se zaradi zmanjšanja kakovosti kisika, žvepla, fosforja in drugih škodljivih nečistoč v varu, zlasti zaradi zmanjšanja vsebnosti kisika, močno zmanjša količina razpok. Zaradi kristalizacije v staljeni talini lahko kisik in nikelj tvorita evtektično zmes Ni + NiO z evtektično temperaturo 1438 ℃, kisik pa lahko okrepi tudi škodljive učinke žvepla. Zato je nagnjenost k termičnim razpokam večja, ko je vsebnost kisika v varu visoka.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb in drugi legirni elementi lahko izboljšajo odpornost zvara proti razpokam. Mn, Cr, Mo, Ti in Nb so metamorfna sredstva, ki lahko izboljšajo organizacijo zvara in porušijo smer njegove kristalizacije. Al in Ti sta tudi močna deoksidacijska sredstva, ki lahko zmanjšata količino kisika v zvaru. Mn lahko s S in MnS tvori ognjevzdržne spojine, kar zmanjša škodljive učinke žvepla.
Mehanske lastnosti varjenih spojev
Mehanske lastnosti varjenih spojev železo-nikelj so povezane z materiali polnilne kovine in varilnimi parametri. Pri varjenju čistega niklja in nizkoogljičnega jekla, ko je ekvivalent Ni v varu manjši od 30 %, se ob hitrem ohlajanju varu v njem pojavi martenzitna struktura, zaradi česar se plastičnost in žilavost spoja močno zmanjšata. Zato mora biti za doseganje boljše plastičnosti in žilavosti spoja ekvivalent Ni v varu železo-nikelj večji od 30 %.
Čas objave: 10. marec 2025