镍及其合金与钢的焊接

镍及其合金与钢的焊接 一、镍与钢焊接时的主要问题 1、焊缝中容易产生气孔 镍及其合金与钢焊接时，液态金属中能溶解较多的氧，高温时氧与镍形成NiO，NiO与液态金属中的氢和碳发生下列反应： NiO+2H        Ni+H2O    —  —  —  —  —  —  —  —  —  （1） NiO+C        Ni+CO      —  —  —  —  —  —  —  —  —  （2） 所生成的水蒸气和一氧化碳在熔池凝固时如来不及逸出，便形成气孔。同时，在熔池冷却过程中，氮的溶解度也急剧降低，过剩的氮气来不及逸出，也形成气孔。 2号纯镍与3号钢埋弧焊的铁镍焊缝中气体含量和气孔数量的关系 Ni O N H 100mm长焊缝上气孔平均数量 62.8 0.1150 0.0006 0.0004 200 60.2 0.0580 0.0006 0.0002 60 68.9 0.0200 0.0005 0.0004 15 69.8 0.0250 0.0005 0.0007 15 72.8 0.0012 0.0005 0.0006 1 70.1 0.0015 0.0005 0.0005 1           氧对焊缝中气孔倾向影响重大。由上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 可见，在氮和氢气含量变化不大的情况下，焊缝中含氧量越高，焊缝气孔数量越多。由于低碳钢熔化时，有较多的碳过渡到焊缝中，所以，低碳钢与镍焊接时，焊接中产生的CO气体，比纯镍焊接时高得多。依式（2）可见，钢中含碳量越高，或熔池中含氧量越多，焊缝气孔倾向越大。由图1a可以看出，当焊缝中镍含量为30~60%时，用氧化能力较强的低硅焊剂时的气孔体积比用无氧焊剂大5~6倍。 图1、埋弧焊焊缝含镍量和焊剂氧化能力对气孔和裂纹倾向的影响 a)气孔倾向  b)热裂倾向  1—低硅焊剂  2—无氧焊剂 焊缝中镍含量，对气孔倾向也有很大影响。氧在液态镍中的溶解度大于在液态钢中的溶解度，而氧在固态镍中的溶解度却比在钢中小。因此，氧的溶解度在镍结晶时的突变，比在钢结晶时的突变更加明显。所以，如图1a所示，当焊缝中含15~30%Ni时的气孔倾向较小，而当镍含量大时，气孔倾向较大。但由于焊缝中的碳，主要是从低碳钢中熔入的，当焊缝中含镍量进一步提高到60~90%时，钢的熔入量必然降低，焊缝中含碳量减少，由式（2）可知，其气孔倾向便降低。 为防止钢与镍及镍合金焊缝产生气孔，可向焊缝中加入Mn、Cr、Mo、AI及Ti等元素。因为Mn、Ti及AI具有强烈的脱氧作用，而Cr和Mn能提高气体在固态金属中的溶解度，AI和Ti还能把氮固定在稳定的化合物中。所以，镍与Cr18Ni10Ti钢焊缝的抗气孔能力比镍与3号钢焊缝高。 2、焊缝热裂倾向大 在钢与镍及合金的焊缝中，由于高镍焊缝具有树枝状组织，在粗大柱状晶粒边界上，容易集中低熔点共晶体（主要有Ni—S共晶和Ni—P共晶），从而降低了晶间的结合力，降低了焊缝抗热裂纹的能力。 焊缝金属中镍的含量对热裂纹有影响，如1b所示。由于Ni—S共晶（熔点645℃）和Ni—P共晶（熔点880℃）的熔点比Fe—S共晶（熔点988℃）和Fe—P共晶（熔点1050℃）的熔点更低，所以，焊缝中含镍量越高，热裂倾向也越大。此外，在单相奥氏体焊缝中，当镍含量增加时，晶粒显著长大，也导致产生多元化裂纹。 焊缝中氧、硫、磷等杂质对热裂倾向影响很大。当采用无氧焊剂时（SiO2≤2，CaF2 75~80，NaF 17~25，S≤0.05，P≤0.03），由于焊缝中氧、硫和磷等有害杂质含量减少，特别是含氧量急剧降低，使裂纹数量大为减少。 2号纯镍与3号钢埋弧焊时的热裂倾向 焊 丝 焊 剂 焊缝中元素含量，% 100mm长焊缝 裂纹平均数量 Ni S P O 二号纯镍 低硅焊剂 无氧焊剂 68.4 0.016 0.017 0.045 20 72.8 0.010 0.015 0.0012 1 H08 低硅焊剂 无氧焊剂 36.4 0.018 0.016 0.062 5 31.5 0.010 0.012 0.002 0               在熔池结晶过程中，氧和镍能形成Ni—NiO共晶体，共晶温度为1438℃，而且氧还加强硫的有害作用，所以，焊缝中含氧量越高，热裂倾向越大。 为了提高焊缝的抗热裂性能，常向焊缝中加入变质剂（Mn、Cr、Mo、AI、Ti、Nb），这些变质剂不但能细化焊缝组织，而且可打乱结晶方向性。铝、钛还是强烈的脱氧剂，能降低焊缝中氧的含量。锰还能与硫形成难熔的MnS，从而减少了硫的有害作用，并有一定的脱氧作用。钼是提高活化性能的元素，它能抑制焊缝金属高温多元化裂纹，从而提高单相奥氏体焊缝抗多元化裂纹的稳定性。 图2、锰和钼对铁镍焊缝热裂纹倾向的影响 从图2中可以看出，只要往铁镍焊缝中加入足够数量的锰和钼，就能够有效地防止焊缝热裂纹的产生。 3、铁的稀释 镍和镍合金中的硫和磷导致产生热裂纹。用于生产镍及其合金的冶炼技术，使得这些元素保持低含量。但是，在某些钢中硫和磷的含量一般较高。因此，采用镍合金填充金属，焊接镍合金与钢时，应仔细地控制稀释，以免焊缝金属中产生热裂纹。 多数镍合金焊缝金属能容许相当大量的铁的稀释，但容许稀释的范围通常随焊接 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 而异，有时随热处理而变化。见图3。 图3、镍和镍合金焊缝金属容许受铁的稀释范围（经验范围） 采用镍或铬焊条熔敷的焊缝金属，可容许受铁的稀释最高达40%左右。如采用镍或镍铬焊丝，稀释应限于25%左右。 镍铜焊缝金属受铁稀释的容许限度变化很大，采用手工电弧焊时，可容许受铁的稀释约在30%以下。埋弧焊焊缝受铁稀释不大于25%。采用气体保护电弧时，容许受铁稀释较小，尤其是需要热处理消除应力的焊缝，焊态最大限度为10%，需消除应力热处理的焊接接头为5%，为了避免超过上述极限，在采用气体保护电弧焊前，应采用手工电弧焊，在钢表面上熔敷一层镍或镍铜焊缝金属隔离层。 4、铬的稀释 对所有镍合金焊缝金属都应控制铬的稀释。 镍焊缝金属的稀释必须限制在30%以下。镍铬焊缝金属的总铬含量不能超过30%。多数镍铬合金，包括填充金属，其铬含量低于30%，稀释不是一个问题。 镍铜焊缝金属受铬稀释的最大容许量为8%，因此，镍铜填充金属不能用镍铜金属与不锈钢的焊接。 5、硅的稀释 当构件之一或两构件都是铸件时，焊缝金属中总硅含量大约不得超过0.75%。 最大容许受铬的稀释% 图4、镍和镍合金焊缝金属容许受铬稀释范围 6、焊接接头的机械性能 接头机械性能与填充材料成分和焊接规范有关。当焊缝中含镍量低于30%时，由金属学Fe—Ni状态图可知，在焊接快速冷却条件下，焊缝中能出现马氏体组织，使接头的塑性和韧性指标急剧降低。为了获得较好的塑性和韧性，铁镍焊缝中的含镍量应大于30%。见图5。 图5、焊缝中镍含量对镍与3号钢接头机械性能的影响 纯镍与1Cr18Ni10Ti不锈钢焊接时，焊缝不会出现马氏体组织，所以，接头的机械性能较好。 二、镍与钢的焊接工艺要点 1、镍与低碳钢的焊接 （1）纯镍与低碳钢焊接时，为了保证接头具有良好的塑性和冲击韧性，焊缝中的镍含量应大于30%。 （2）在上述含镍量情况下，焊缝的抗气孔和抗热裂能力较低，为此要严格选用焊接材料： ①要严格限制填充材料中氧、硫和磷的含量； ②选用含有脱氧剂和变质剂的焊材，如Mn、Cr、AI、Mo、Ti等，以提高焊缝抗气孔和抗热裂的能力。钼是提高活化能力最有效的元素，焊缝中加一定量的钼能有效地防止多元化裂纹。实践表明，在30~40%Ni的焊缝中，含有1.8~2.0%Mn和3.4~4%Mo时，焊缝就具有较高的抗气孔和抗热裂纹的能力，此时接头也具有较高的机械性能。 （3）为减少钢的熔化量，以减少焊缝中碳及有害杂质的含量，应尽量降低钢母材的熔化量，选择正确的焊接方法。 （4）镍与低碳钢焊缝焊后进行消除应力热处理，虽然可以降低焊接应力水平，但随之带来性能方法的不利影响，增大热裂机会，所以在一般的情况下，以不进行焊后消除应力热处理为好。 （5）采用较少的焊接规范。大的焊接规范会使焊缝和镍一侧热影响区组织粗大，并使碳钢一侧热影响区产生魏氏组织。较小的焊接规范，可以保证接头具有良好的机械性能，以及降低焊缝热裂倾向。 （6）焊前对焊材及母材进行仔细清理。 （7）为减小钢与镍的温度差及裂纹倾向，焊前对钢母材进行适当的预热。 2、镍与不锈钢的焊接 镍与不锈钢的焊接，焊缝金属一般不会出现马氏体组织，因此，只要采取合理的工艺 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，选择合适的填充材料，即可获得良好的焊接接头。 镍基热强合金与18—8型不锈钢焊接时，焊缝金属通常是单相奥氏体组织，很容易产生多边化裂纹。用氩弧焊法焊接Cr20Ni80（镍基热强钢）与1Cr18Ni10Ti时，当焊缝中含6.5%Mo时，就几乎完全地消除了热裂纹。试验证明，提高抗热裂性能最好的方法，也是用钼对焊缝金属合金化。 考虑到母材的稀释等的影响，管状焊丝中的钼含量应在30%左右。Cr20Ni80与1Cr18Ni10Ti钢MIT焊接时，可采用下列三种含钼量高的焊丝：①10~12%Cr、60~58%Ni、30%Mo；②10~12%Cr、65~63%Ni、25%Mo；③12~15%Cr、68~65%Ni、20%Mo。 图6、管状焊丝成分对Cr20Ni80与1Cr18Ni10Ti钢MIT焊缝热烈倾向的影响