Das Hauptproblem beim Schweißen
Beim Schweißen sind die Hauptbestandteile der Schweißnaht Eisen und Nickel, die unendlich ineinander löslich sind und keine intermetallischen Verbindungen bilden. Im Allgemeinen ist der Nickelgehalt in der Schweißnaht relativ hoch, sodass sich in der Schmelzzone der Schweißverbindung keine Diffusionsschicht bildet. Das Hauptproblem beim Schweißen ist die Tendenz zur Bildung von Poren und heißen Rissen in der Schweißnaht.
1. Stomata
Beim Schweißen von Stahl mit Nickel und seinen Legierungen sind der Gehalt an Sauerstoff, Nickel und anderen Legierungselementen die Hauptfaktoren, die die Bildung von Poren in der Schweißnaht beeinflussen.
①Der Einfluss von Sauerstoff. Beim Schweißen kann sich mehr Sauerstoff im flüssigen Metall lösen, und Sauerstoff oxidiert bei hohen Temperaturen mit Nickel zu NiO. NiO kann mit Wasserstoff und Kohlenstoff im flüssigen Metall reagieren und Wasserdampf und Kohlenmonoxid bilden. Wenn das geschmolzene Bad erstarrt, bleibt keine Zeit zum Entweichen, und die in der Schweißnaht verbleibende Flüssigkeit bildet Poren. Bei der Eisen-Nickel-Schweißung von reinem Nickel und dem Q235-A-Unterpulverschweißen gilt: Je höher der Sauerstoffgehalt in der Schweißnaht, desto mehr Poren gibt es in der Schweißnaht, vorausgesetzt, der Stickstoff- und Wasserstoffgehalt ändert sich nicht stark.
② Einfluss von Nickel. Bei Eisen-Nickel-Schweißungen ist die Sauerstofflöslichkeit von Eisen und Nickel unterschiedlich. Die Sauerstofflöslichkeit von flüssigem Nickel ist größer als die von flüssigem Eisen, während die Sauerstofflöslichkeit von festem Nickel kleiner ist als die von festem Eisen. Daher ist die plötzliche Änderung der Sauerstofflöslichkeit von Nickel deutlicher als die plötzliche Änderung der Eisenkristallisation. Daher ist die Porositätstendenz gering, wenn der Ni-Gehalt in der Schweißung 15 bis 30 % beträgt, und wenn der Ni-Gehalt hoch ist, steigt die Porositätstendenz weiter auf 60 bis 90 %, und die gelöste Menge an Stahl nimmt zwangsläufig ab, sodass die Tendenz zur Bildung von Porosität stark ansteigt.
③ Einfluss anderer Legierungselemente. Wenn die Eisen-Nickel-Schweißnaht Mangan, Chrom, Molybdän, Aluminium, Titan und andere Legierungselemente enthält oder einer Legierung entspricht, kann die Porositätsbeständigkeit der Schweißnaht verbessert werden. Dies liegt daran, dass Mangan, Titan und Aluminium desoxidierende Wirkungen haben, während Chrom und Molybdän die Löslichkeit im festen Metall der Schweißnaht erhöhen. Daher ist die Porositätsbeständigkeit von Schweißnähten aus Nickel und rostfreiem Stahl 1Cr18Ni9Ti höher als die von Schweißnähten aus Nickel und Q235-A-Stahl. Aluminium und Titan binden außerdem Stickstoff in einer stabilen Verbindung und verbessern auch die Porositätsbeständigkeit der Schweißnaht.
2. Heißer Riss
Beim Schweißen von Stahl und Nickel und seinen Legierungen liegt der Hauptgrund für Heißrisse darin, dass sich aufgrund der hochnickelhaltigen Schweißnaht mit dendritischer Struktur einige niedrigschmelzende eutektische Kristalle an den Rändern der groben Körner konzentrieren und dadurch die Körner schwächen. Die Verbindung zwischen ihnen verringert die Rissbeständigkeit des Schweißguts. Darüber hinaus hat der zu hohe Nickelgehalt des Schweißguts einen erheblichen Einfluss auf die Heißrissbildung des Schweißguts. Beim Eisen-Nickel-Schweißen haben auch Verunreinigungen wie Sauerstoff, Schwefel und Phosphor einen großen Einfluss auf die Heißrissbildungsneigung der Schweißnaht.
Bei Verwendung eines sauerstofffreien Flussmittels wird die Anzahl der Risse stark reduziert, da die Qualität schädlicher Verunreinigungen wie Sauerstoff, Schwefel und Phosphor in der Schweißnaht abnimmt, insbesondere der Sauerstoffgehalt sinkt. Denn wenn das Schmelzbad kristallisiert, können Sauerstoff und Nickel ein Ni+NiO-Eutektikum bilden, die eutektische Temperatur beträgt 1438 Grad, und Sauerstoff kann auch die schädliche Wirkung von Schwefel verstärken. Daher ist die Tendenz zur Heißrissbildung groß, wenn der Sauerstoffgehalt in der Schweißnaht hoch ist.
Legierungselemente wie Mn, Cr, Mo, Ti, Nb können die Rissbeständigkeit des Schweißgutes verbessern. Mn, Cr, Mo, Ti und Nb sind allesamt Modifikatoren, die die Schweißstruktur verfeinern und ihre kristallografische Richtung stören können. Al und Ti sind außerdem starke Desoxidationsmittel, die den Sauerstoffgehalt in der Schweißnaht verringern können. Mn kann mit S die feuerfeste Verbindung MnS bilden und so die schädlichen Auswirkungen von Schwefel verringern.
Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen
Die mechanischen Eigenschaften von Eisen-Nickel-Schweißverbindungen hängen von den Füllmetallmaterialien und den Schweißparametern ab. Beim Schweißen von reinem Nickel und kohlenstoffarmem Stahl tritt bei einem Ni-Äquivalent in der Schweißnaht unter 30 % unter der Bedingung einer schnellen Abkühlung der Schweißnaht eine martensitische Struktur in der Schweißnaht auf, was zu einer starken Abnahme der Duktilität und Zähigkeit der Verbindung führt. Um eine bessere Plastizität und Zähigkeit der Verbindung zu erreichen, sollte das Ni-Äquivalent in der Eisen-Nickel-Schweißnaht daher über 30 % liegen.
