鋼與鎳及鎳合金焊接,常見問題解答
熱裂紋
鋼與鎳及其合金的焊縫中,產(chǎn)生熱裂紋的主要原因是,N6純鎳帶,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,可逆N6純鎳帶,從而削弱了晶粒間的聯(lián)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(chǎn)生熱裂紋有重大的影響,在鐵鎳焊縫中,氧、硫、磷等雜質(zhì)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(zhì)質(zhì)量的減少,特別是含氧量的下降,N6純鎳帶多少錢,使裂紋量大為減小。因為熔池結(jié)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(zhì)劑,能細化焊縫組織,并能打亂其結(jié)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。
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(shù)有關(guān)。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,不可逆N6純鎳帶,焊縫中會出現(xiàn)馬氏體結(jié)構(gòu),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%。
鎳合金
除純鎳外,化學加工業(yè)所用的鎳合金強度大大高于300系不銹鋼。鎳合金還具有非常好的延展性和韌性(見表2所列的室溫力學性能)。用于化工設(shè)備的大多數(shù)合金的許用應力見ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范第Ⅷ卷。
鎳合金是全奧氏體顯微組織?;瘜W工業(yè)使用的所有鎳合金幾乎都是固溶強化的。它們強度的提高來自于有效硬化元素如鉬和鎢的添加,而不是碳化物的形成。與奧氏體不銹鋼一樣,固溶鎳合金不能通過熱處理強化,而只能通過冷加工使其強化。
另一大類鎳基合金可通過沉淀硬化熱處理來強化。這類合金大多數(shù)專門用于超高強度用途,如深層油氣生產(chǎn)和超高壓工藝過程所使用的合金。
沉淀硬化鎳基合金除了用于閥門和旋轉(zhuǎn)機械部件外,在化工設(shè)備的應用有限。這類合金中包括燃氣輪機、燃燒室以及航天用途所使用的耐熱超級合金。
鎳合金
鎳合金的種類
鎳-鉻-鐵合金600在鎳基體中加入鉻擴大了合金600在氧化性環(huán)境中的適用性。合金600盡管對無機酸的耐蝕性屬于中等,但它對有機酸的耐蝕性卻非常好,因此廣泛用于脂肪酸的加工。合金600也廣泛用于氫氧化物和堿性化學品的生產(chǎn)和儲運。
對于兼有耐熱和耐蝕要求的高溫應用,合金600也是一種的材料。該合金在高溫鹵素環(huán)境下出色的使用性能使它成為有機氯化反應工藝的理想選材。合金600還表現(xiàn)出優(yōu)異的、抗?jié)B碳和抗?jié)B氮等抗高溫退化性能。
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