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    鋼與鎳及鎳合金焊接,常見問題解答

    時間:2022-5-18 10:50:53 瀏覽量:3406
     

    導語

    制造化工和石油設備時,為了節省昂貴的鎳,經常需要將鋼與鎳及合金焊接在一起。

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    焊接的主要問題

    焊接時,焊縫中的主要成分是鐵和鎳,鐵和鎳能夠無限互溶,不形成金屬間化合物。在一般情況下,焊縫中的含鎳量相對高,所以在焊接接頭的熔合區,不會形成擴散層。焊接的主要問題是在焊縫中容易產生氣孔和熱裂紋。


    1.氣孔

    鋼與鎳及其合金焊接時,影響焊縫中形成氣孔的主要因素是氧、鎳及其他合金元素的含量。

    ①氧的影響。焊接時,液態金屬中可能會溶解較多的氧,而氧在高溫時與鎳氧化,形成NiO,NiO能與液體金屬中的氫和碳發生反應生成水蒸氣和一氧化碳,在熔池凝固時如來不及逸出,殘留在焊縫中就形成氣孔。在純鎳與Q235-A埋弧焊的鐵鎳焊縫中,在氮和氫含量變化不大的情況下,焊縫中含氧量越高,焊縫中氣孔數量越多。

    ②鎳的影響。在鐵鎳焊縫中,氧在鐵鎳中的溶解度不同,氧在液態鎳中的溶解度大于液態鐵中的溶解度,而氧在固態鎳中的溶解度卻比在固態鐵中的小,因此,氧的溶解度在鎳結晶時的突變,比在鐵結晶時的突變更加明顯。所以,焊縫中Ni為15%~30%時的氣孔傾向小,而Ni含量大時,氣孔傾向進一步提高到60%~90%,鋼的溶入量必然下降,因此引起形成氣孔的傾向變大。

    ③其他合金元素的影響。當鐵鎳焊縫中含有錳、鉻、鉬、鋁、鈦等合金元素或符合合金化時,能提高焊縫抗氣孔能力,這是由于錳、鈦和鋁等都具有脫氧作用,而鉻和鉬則提高焊縫固態金屬中的溶解度。所以鎳與1Cr18Ni9Ti不銹鋼焊縫的抗氣孔能力比鎳與Q235-A鋼焊縫高。鋁和鈦還能把氮固定在穩定的化合物中,也能提高焊縫抗氣孔能力。


    2.熱裂紋

    鋼與鎳及其合金的焊縫中,產生熱裂紋的主要原因是,由于高鎳焊縫具有樹枝狀組織,在粗大晶粒的邊緣上,集中了一些低熔點共晶體,從而削弱了晶粒間的聯系,降低了焊縫金屬的抗裂能力。另外,焊縫金屬的鎳含量過高對焊縫金屬產生熱裂紋有重大的影響,在鐵鎳焊縫中,氧、硫、磷等雜質對焊縫熱裂紋傾向也有很大的影響。

    當采用無氧焊劑時,由于焊縫中氧、硫、磷等有害雜質質量的減少,特別是含氧量的下降,使裂紋量大為減小。因為熔池結晶時,氧和鎳能形成Ni+NiO共晶體,共晶溫度為1438℃,而且氧還能加強硫的有害作用。所以焊縫中含氧量較高時,熱裂紋傾向較大。

    Mn、Cr、Mo、Ti、Nb等合金元素,均能提高焊縫金屬的抗裂性能。Mn、Cr、Mo、Ti、Nb均是變質劑,能細化焊縫組織,并能打亂其結晶方向。Al、Ti還是強烈的脫氧劑,能降低焊縫中氧的含量。Mn能與S形成難熔化合物MnS,從而減少硫的有害作用。

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    焊接接頭的力學性能

    鐵鎳焊接接頭的力學性能與填充金屬材料以及焊接參數有關。在焊接純鎳和低碳鋼時,當焊縫中Ni當量低于30%,在焊縫快速冷卻條件下,焊縫中會出現馬氏體結構,使接頭的塑性和韌性急劇下降。因此,為了使接頭獲取較好的塑性和韌性,鐵鎳焊縫中的Ni當量應大于30%。

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