Giới thiệu
Trong sản xuất thiết bị hóa chất và dầu khí, để tiết kiệm niken đắt tiền, thép thường được hàn với niken và hợp kim.
Các vấn đề chính của hàn
Khi hàn, các thành phần chính trong mối hàn là sắt và niken, chúng có khả năng hòa tan lẫn nhau vô hạn và không tạo thành các hợp chất liên kim loại. Nói chung, hàm lượng niken trong mối hàn tương đối cao, do đó trong vùng nóng chảy của mối hàn, không hình thành lớp khuếch tán. Vấn đề chính của hàn là xu hướng tạo ra các lỗ rỗng và vết nứt nóng trong mối hàn.
1. Độ xốp
Trong quá trình hàn thép, niken và hợp kim của chúng, các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hình thành lỗ rỗ trong mối hàn là oxy, niken và các nguyên tố hợp kim khác.
① Ảnh hưởng của oxy. Trong quá trình hàn, kim loại lỏng có thể hòa tan nhiều oxy hơn, và oxy ở nhiệt độ cao sẽ oxy hóa niken, tạo thành NiO. NiO có thể phản ứng với hydro và carbon trong kim loại lỏng để tạo ra hơi nước và carbon monoxide trong quá trình đông đặc vũng nóng chảy, nếu không kịp thoát ra ngoài, sẽ tạo thành các lỗ rỗ trong mối hàn. Trong hàn hồ quang chìm niken nguyên chất và hợp kim Q235-A, nếu hàm lượng nitơ và hydro không thay đổi nhiều, hàm lượng oxy trong mối hàn càng cao thì số lượng lỗ rỗ trong mối hàn càng nhiều.
② Ảnh hưởng của niken. Trong mối hàn sắt-niken, độ hòa tan của oxy trong sắt và niken là khác nhau, độ hòa tan của oxy trong niken lỏng lớn hơn so với trong sắt lỏng, trong khi độ hòa tan của oxy trong niken rắn nhỏ hơn so với trong sắt rắn. Do đó, sự thay đổi đột ngột về độ hòa tan của oxy trong quá trình kết tinh niken diễn ra rõ rệt hơn so với sự thay đổi đột ngột trong quá trình kết tinh sắt. Vì vậy, xu hướng hình thành lỗ rỗ trong mối hàn khi hàm lượng Ni là 15%~30% là nhỏ, và khi hàm lượng Ni lớn hơn, xu hướng hình thành lỗ rỗ tăng lên khi hàm lượng Ni đạt 60%~90%, đồng thời lượng thép hòa tan giảm đi, dẫn đến xu hướng hình thành lỗ rỗ ngày càng lớn.
③ Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim khác. Khi mối hàn sắt-niken chứa mangan, crom, molypden, nhôm, titan và các nguyên tố hợp kim khác hoặc phù hợp với quá trình hợp kim hóa, có thể cải thiện khả năng chống rỗ của mối hàn. Điều này là do mangan, titan và nhôm, v.v. có vai trò khử oxy, trong khi crom và molypden giúp cải thiện độ hòa tan của mối hàn trong kim loại rắn. Vì vậy, mối hàn niken và thép không gỉ 1Cr18Ni9Ti có khả năng chống rỗ tốt hơn so với mối hàn niken và thép Q235-A. Nhôm và titan cũng có thể cố định nitơ trong các hợp chất ổn định, điều này cũng có thể cải thiện khả năng chống rỗ của mối hàn.
2. Nứt do nhiệt
Trong mối hàn thép, niken và hợp kim của chúng, nguyên nhân chính gây ra nứt nhiệt là do hàm lượng niken cao trong mối hàn có cấu trúc dạng nhánh cây, tập trung nhiều tinh thể đồng kết tinh có điểm nóng chảy thấp ở rìa các hạt thô, làm suy yếu liên kết giữa các hạt, làm giảm khả năng chống nứt của kim loại mối hàn. Ngoài ra, hàm lượng niken trong kim loại mối hàn quá cao cũng ảnh hưởng đáng kể đến khả năng gây nứt nhiệt của mối hàn sắt-niken, các tạp chất như oxy, lưu huỳnh, phốt pho và các tạp chất khác cũng tác động mạnh đến xu hướng nứt nhiệt của mối hàn.
Khi sử dụng chất trợ dung không chứa oxy, do chất lượng oxy, lưu huỳnh, phốt pho và các tạp chất có hại khác trong mối hàn giảm đi, đặc biệt là hàm lượng oxy giảm, nên lượng vết nứt giảm đáng kể. Bởi vì quá trình kết tinh trong vũng nóng chảy, oxy và niken có thể tạo thành hỗn hợp eutectic Ni + NiO, với nhiệt độ eutectic là 1438 ℃, và oxy cũng có thể làm tăng tác hại của lưu huỳnh. Vì vậy, khi hàm lượng oxy trong mối hàn cao, xu hướng nứt do nhiệt càng lớn.
Mangan, crom, molypden, titan, niobi và các nguyên tố hợp kim khác có thể cải thiện khả năng chống nứt của kim loại mối hàn. Mangan, crom, molypden, niobi là chất biến chất, có thể tinh chỉnh cấu trúc mối hàn và phá vỡ hướng kết tinh của nó. Nhôm, titan cũng là chất khử oxy mạnh, có thể giảm lượng oxy trong mối hàn. Mangan có thể tạo thành các hợp chất chịu nhiệt với lưu huỳnh, mangan-sắt, giúp giảm tác hại của lưu huỳnh.
Tính chất cơ học của mối hàn
Tính chất cơ học của mối hàn sắt-niken phụ thuộc vào vật liệu kim loại phụ và các thông số hàn. Khi hàn niken nguyên chất với thép cacbon thấp, nếu hàm lượng niken tương đương trong mối hàn nhỏ hơn 30%, dưới điều kiện làm nguội nhanh, cấu trúc mactenxit sẽ xuất hiện trong mối hàn, làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai của mối hàn. Do đó, để đạt được độ dẻo và độ dai tốt hơn cho mối hàn, hàm lượng niken tương đương trong mối hàn sắt-niken cần phải lớn hơn 30%.
Thời gian đăng bài: 10/03/2025