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純鎳N6在焊接過程中容易出現氣孔,氣孔的存在會嚴重影響接頭的性能,焊接材料以及焊接試件表面油污、水分等是純鎳N6焊接過程中氣孔的主要來源。由于純鎳電阻大,熱導率低,因此純鎳熔池的流動性也比較差,熔融態的鎳中可以溶解一定量的O2,當熔池凝固時,來不及溢出的O便在熔池中有Ni形成NiO,同時熔池中也可以溶解H2,冷卻過程中的H2與NiO反應,將Ni還原出來同時H和O結合形成水蒸汽氣孔,一般氣孔出現在熔合線附近。
過熱致晶粒粗大:
鎳基合金由于熱導率較低,電阻率較高,因此在焊接過程中熱輸入較高的時候,接頭的焊縫區和熱影響區的金屬容易過熱,導致該區域的晶粒粗大,由于晶粒的粗大導致焊接接頭的力學性能與耐蝕性能均無法保證。
純鎳熔點凝固時不發生相變,時常形成粗大的樹枝狀奧氏體結晶。低熔點雜質S、P、Pb等元素在晶界形成低熔點共晶體,導致產生熱裂紋。純鎳固液相溫度區間小,流動性差,液態時易溶解H2、O2、CO2等氣體,在晶界這些氣體來不及逸出會形成氣孔。再者,由于電阻率大,熱導率低,焊接過程中易過程,導致焊縫晶粒迅速長達,嚴重影響接頭的機械性能和耐蝕性能。
純鎳為單相奧氏體組織,在液態凝固過程中不發生相變。但焊接過程中S、P、B、Pb、Si等雜質容易在焊縫金屬中偏析,S和Ni元素形成低熔點共晶體,焊縫金屬凝固過程中,低熔點共晶在晶界形成一層液態薄膜,并在焊接應力的作用下形成凝固熱裂紋。
焊接過程中Si和氧形成復雜的硅酸鹽,在晶界形成一層脆的硅酸鹽薄膜,在焊縫凝固過程中或凝固后的高溫區形成高溫低塑性裂紋。因此S、Si是鎳201焊縫金屬中zui有害的元素。
防止熱裂紋產生的措施:首先降低焊縫金屬中S、Si等雜質的含量,嚴格清理焊前坡口區域和焊絲等,嚴格控制母材中雜質的含量。采用合理的焊材,采用小線能量焊接,焊前不預熱,層間溫度應盡量低。
焊接過程中熔池中的液態鎳粘度較大,張力也較大,導致氣體上浮逸出困難,因此出現氣孔的機會較多。氣孔分為H2O氣孔、氫氣孔、一氧化碳氣孔,其中以H2O氣孔為主。由于液態鎳能溶解大量的氧,凝固時氧的溶解度大幅減小,使凝固過程中過剩的氧將鎳氧化成氧化亞鎳(NiO)。氧化亞鎳和液態金屬中的氫發生反應,鎳被還原,而氫和氧結合成H2O,H2O;來不及逸出,又因熔合線處和收弧、引弧處冷卻快,在該處出現氣孔。
焊條或者焊絲中的鈦、鋁、錳等脫氧劑,能降低焊縫金屬的含氧量,防止形成氧化亞鎳。焊材中還會多加入一些合金元素,以補償某些元素的燒損以及控制焊接氣孔和熱裂紋。焊前用丙酮清理焊件和焊材表面的氧化膜、油污、等也很關鍵。
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