鋼與鎳及鎳合金焊接的常見問題解答

制造化工和石油設(shè)備時，為了節(jié)省昂貴的鎳，經(jīng)常需要將鋼與鎳及合金焊接在一起。

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(qū)，不會形成擴散層。焊接的主要問題是在焊縫中容易產(chǎn)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(tài)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(fā)生反應(yīng)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(shù)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(tài)鎳中的溶解度大于液態(tài)鐵中的溶解度，而氧在固態(tài)鎳中的溶解度卻比在固態(tài)鐵中的小，因此，氧的溶解度在鎳結(jié)晶時的突變，比在鐵結(jié)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(dāng)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(tài)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(wěn)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(chǎn)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(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(dāng)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，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(xì)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。

鐵鎳焊接接頭的力學(xué)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(dāng)焊縫中Ni當(dāng)量低于30%，在焊縫快速冷卻條件下，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(dāng)量應(yīng)大于30%。