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    钢与镍及镍合金焊接,常见问题解答

    时间:2022-5-18 10:50:53 浏览量:98
     

    导语

    制造化工和石油设备时,为了节省昂贵的镍,经常需要将钢与镍及合金焊接在一起。

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    焊接的主要问题

    焊接时,焊缝中的主要成分是铁和镍,铁和镍能够无限互溶,不形成金属间化合物。在一般情况下,焊缝中的含镍量相对高,所以在焊接接头的熔合区,不会形成扩散层。焊接的主要问题是在焊缝中容易产生气孔和热裂纹。


    1.气孔

    钢与镍及其合金焊接时,影响焊缝中形成气孔的主要因素是氧、镍及其他合金元素的含量。

    ①氧的影响。焊接时,液态金属中可能会溶解较多的氧,而氧在高温时与镍氧化,形成NiO,NiO能与液体金属中的氢和碳发生反应生成水蒸气和一氧化碳,在熔池凝固时如来不及逸出,残留在焊缝中就形成气孔。在纯镍与Q235-A埋弧焊的铁镍焊缝中,在氮和氢含量变化不大的情况下,焊缝中含氧量越高,焊缝中气孔数量越多。

    ②镍的影响。在铁镍焊缝中,氧在铁镍中的溶解度不同,氧在液态镍中的溶解度大于液态铁中的溶解度,而氧在固态镍中的溶解度却比在固态铁中的小,因此,氧的溶解度在镍结晶时的突变,比在铁结晶时的突变更加明显。所以,焊缝中Ni为15%~30%时的气孔倾向小,而Ni含量大时,气孔倾向进一步提高到60%~90%,钢的溶入量必然下降,因此引起形成气孔的倾向变大。

    ③其他合金元素的影响。当铁镍焊缝中含有锰、铬、钼、铝、钛等合金元素或符合合金化时,能提高焊缝抗气孔能力,这是由于锰、钛和铝等都具有脱氧作用,而铬和钼则提高焊缝固态金属中的溶解度。所以镍与1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝的抗气孔能力比镍与Q235-A钢焊缝高。铝和钛还能把氮固定在稳定的化合物中,也能提高焊缝抗气孔能力。


    2.热裂纹

    钢与镍及其合金的焊缝中,产生热裂纹的主要原因是,由于高镍焊缝具有树枝状组织,在粗大晶粒的边缘上,集中了一些低熔点共晶体,从而削弱了晶粒间的联系,降低了焊缝金属的抗裂能力。另外,焊缝金属的镍含量过高对焊缝金属产生热裂纹有重大的影响,在铁镍焊缝中,氧、硫、磷等杂质对焊缝热裂纹倾向也有很大的影响。

    当采用无氧焊剂时,由于焊缝中氧、硫、磷等有害杂质质量的减少,特别是含氧量的下降,使裂纹量大为减小。因为熔池结晶时,氧和镍能形成Ni+NiO共晶体,共晶温度为1438℃,而且氧还能加强硫的有害作用。所以焊缝中含氧量较高时,热裂纹倾向较大。

    Mn、Cr、Mo、Ti、Nb等合金元素,均能提高焊缝金属的抗裂性能。Mn、Cr、Mo、Ti、Nb均是变质剂,能细化焊缝组织,并能打乱其结晶方向。Al、Ti还是强烈的脱氧剂,能降低焊缝中氧的含量。Mn能与S形成难熔化合物MnS,从而减少硫的有害作用。

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    焊接接头的力学性能

    铁镍焊接接头的力学性能与填充金属材料以及焊接参数有关。在焊接纯镍和低碳钢时,当焊缝中Ni当量低于30%,在焊缝快速冷却条件下,焊缝中会出现马氏体结构,使接头的塑性和韧性急剧下降。因此,为了使接头获取较好的塑性和韧性,铁镍焊缝中的Ni当量应大于30%。

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