Глава 2 НИКЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ
Назад:
2.1 Основы производства и свойства никеля и его сплавов.
2.2 Свариваемость и способы сварки
Сварка
никеля и его сплавов затруднена вследствие их высокой чувствительности к
изменению физических и механических свойств в зависимости от содержания примесей
(Р, S) и растворенных газов. Последние вызывают пористость швов и водородную
болезнь из-за резкого снижения растворимости О2, Н2, N и
СО при кристаллизации шва. Наибольшее порообразование связывают с выделением
азота, особенно в присутствии кислорода. Металл шва склонен к охрупчиванию
благодаря образованию эвтектики Ni-NiO (Тпл = 1438 0С),
располагающейся по границам кристаллитов при затвердевании сварочной ванны и
снижающей прочность границ зерен. Поэтому обеспечение надежной защиты зоны
сварки от кислорода, применение основных и сварочных материалов высокой чистоты
по примесям, раскисление и дегазация сварочной ванны являются основными
условиями получения качественных соединений при любых видах сварки плавлением. [7,8]
Существенно
затрудняют сварку никеля кристаллизационные трещины, вызываемые образованием
легкоплавких эвтектик типа Ni3S2-Ni (Тпл = 645
0С) и Ni3P-Ni (Тпл = 880 0С) из-за
большого сродства серы и фосфора к никелю. Пластичность металла шва,
содержащего указанные эвтектики, становится исчезающе малой. Глубина и скорость
проникновения серы в никель зависят от температуры нагрева участка сварного
соединения. При Т < 400 0С проникновение серы в никель не
наблюдается, а при Т > 400 0С сера интенсивно взаимодействует с
никелем (особенно чистым). Сульфид никеля Ni3S2
образуется даже при кратковременных контактах с материалами и средами,
содержащими небольшие количества серы (масло, жиры, краски, горючие материалы).
В связи с этим необходимо ограничивать содержание серы и фосфора (< 0,03 % S
и < 0,05 % P по массе) в основном и сварочных материалах, в том числе и за
счет комплексного легирования шва, например марганцем из проволоки.
Из-за
низкой теплопроводности никель и никелевые сплавы при сварке склонны к росту
зерна, что снижает пластические и прочностные характеристики шва. Снижение
роста зерен достигается введением в ванну модификаторов (Ti, Mo, Al) и
ограничением погонной энергии сварки. Химический состав шва за счет
дополнительного легирования (через электродный металл), как правило, должен
отличатся от состава основного металла, т.к. без этого невозможно достичь
необходимых механических характеристик шва.
При
сварке сплавов системы Ni-Cu (монель-металл) основным затруднением является
повышенная литейная усадка металла шва, что приводит к горячим трещинам, а при
сварке сплавов системы Ni-Cr (нихром) появляющаяся окисная пленка Cr2O3
затрудняет формирование шва, увеличивает вероятность образования трещин и
несплавлений в корне шва.
Зона
термического влияния в большинстве сплавов никеля не закаливается и поэтому
подогрев при сварке практически не требуется. Однако, для сплавов системы
Ni-Mo-Cr, нагрев после сварки до Т £ 700-800 0С с последующим охлаждением на воздухе
позволяет предотвратить МКК, измельчить и дезориентировать структуру швов и
снизить уровень сварочных напряжений.
Для
соединения никеля и его конструкционных сплавов используются следующие способы
сварки: газовая и угольным электродом, покрытыми электродами, под флюсом и в
среде защитных газов, плазменная, электрошлаковая. Наибольшее применение нашли
сварка в защитных (инертных) газах, электронно-лучевая сварка и сварка под
флюсом.