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不锈钢与镍及镍合金的焊接
2010/10/15 10:49:04 来源:51网络采购 点击:535次
内容摘要:不锈钢与镍及镍合金的焊接
镍及镍合金具有优良的强度、塑性及可贵的耐热性、耐低温性和耐蚀性,在石油化工、核能装置上应用较多。采用铜、不锈钢与镍及镍合金的焊接构件,关键部位用镍及镍合金,而其他部位用普通结构钢或不锈钢,可以大量节约昂贵的镍。钢(或不锈钢)与镍及镍合金焊接时,焊缝中主要化学成分是铁和镍,他们能够互溶,不形成金属间化合物,有利于焊接。
(1)焊接性钢(或不锈钢)与镍及镍合金焊接的主要问题是气孔及热裂纹。
 1)气孔。焊缝中产生气孔的原因:焊接时液态金属中溶解较多的氧,氧在高温时将镍氧化,形成NiO。
NiO能与液体金属中氢和碳发生下列反应:

由于镍-铁合金的凝固温度区较窄,所生成的水蒸气和一氧化碳气体,在熔池凝固时来不及溢出,残留在焊缝中就形成气孔。在纯镍与碳钢埋弧焊时,铁-镍焊缝中,气体含量对气孔倾向的影响见表8-57。从表中可知:在氮和氢变化不大的情况下,焊缝中含氧量愈多,焊缝中气孔数量愈多。在埋弧焊时,与焊剂种类也有关系,如图8-32所示。
从图中可以看出,焊缝金属中镍含量相同时,无氧焊剂的抗气孔性能优于低硅焊剂;当焊缝金属中wNi为30%~60%时,
用低硅焊剂的焊缝形成气孔的体积为用无氧焊剂的5~6倍。

此外,焊缝金属中的镍铁比和其他合金元素对焊缝形成气孔的倾向也有影响。氧在液态镍中的溶解度大于在液态铁中的溶解度,而氧在固态镍中的溶解度却比固态铁中小。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为显著。从图8-32中可以看出,当焊缝中镍含量减少时(wNi为15%~30%)的气孔倾向较小;含镍量大时,气孔的倾向较大。然而,随着焊缝中的含wNi进一步提高到60%~90%时,而气孔形成倾向有所降低,这是由于焊缝金属中熔入不锈钢量减少,
碳的含量也相应减少,所以形成一氧化碳的气孔倾向就降低了。

在钢与镍及其合金焊接时,焊缝中含有锰、铬、钼、铝、钛等合金元素,能提高焊缝金属抗气孔的能力。这不仅是由于这些元素对氧的亲和力较大,具有一定脱氧作用外,还因为铬和锰能提高气体在固态金属中的溶解度,铝和钛还能把氮固定在稳定的化合物中,所以均能提高焊缝金属的抗气孔能力。这样,1Crl8Ni9Ti不锈钢与镍及其合金焊接的焊缝金属,其抗气孔能力要比碳钢与镍及其合金焊接的焊缝金属高得多。
2)结晶裂纹。结晶裂纹也是熔池金属结晶后期低熔点共晶体形成的液态薄膜引起的。高镍焊缝金属具有树枝状组织,在粗大晶粒的边界上,集中了一些低熔点共晶(Ni-S,Ni-P和Ni-NiO的),容易形成液态薄膜,削弱了晶粒间的联系,降低了焊缝金属的抗裂性能。此外,单相奥氏体焊缝中,当镍含量增加时,晶粒显著长大,也促进裂纹的产生。从图8-33中还可以看到采用无氧焊剂时,由于焊缝中氧、硫和磷等有害杂质含量的减少,特别是含氧量的急剧降低,裂纹倾向减少。可以认为,无论从抗气孔性能方面,还是从抗裂性能方面看,优质的焊接材料和良好的保护及脱氧是十分重要的。
在焊缝中,含有锰、铬、钼、铝、钛、铌等合金元素均能提高焊缝金属的抗裂性能。其中锰、铬、钼、铝、钛和铌均为变质剂,能细化焊缝组织,并打乱其结晶的方向性;铝和钛还是强烈的脱氧剂,能降低焊缝金属中氧的含量;锰还具有一定的脱硫作用能与硫形成难熔的MnS,从而减少硫的有害作用。
由此可见,不锈钢与镍及镍合金焊接时,其抗裂性能也优于碳钢与镍及镍合金的焊接。


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