Pētījumi par niķeļa bāzes uz koroziju izturīgā sakausējuma metināšanas tehnoloģiju
1. Ievads
Sakausējumus ar niķeļa masas daļu vairāk nekā 30% parasti sauc par niķeļa bāzes uz koroziju izturīgiem sakausējumiem, kas ir līdzīgi austenītiskajam nerūsējošajam tēraudam. Niķeļa bāzes uz koroziju izturīgu sakausējumu mikrostruktūra ir vienfāzes austenīts, un cietā stāvoklī nav fāzes maiņas. Salemes materiāla un metinātā metāla graudus nevar pilnveidot ar termisko apstrādi.
Tam ir unikālas fizikālās, ķīmiskās un korozijas izturības īpašības. Tas var pretoties korozijai no dažādiem korozīviem nesējiem 200-1090 pakāpes diapazonā. Tajā pašā laikā tam ir arī labas augstas un zemas temperatūras mehāniskās īpašības. To plaši izmanto naftas ķīmijas, kodolenerģijas, kosmosa un citās nozarēs.
Parasti lietotu niķeļa bāzes uz koroziju izturīgus sakausējumus var iedalīt četrās galvenajās sērijās:
① Ni-Cu sistēma sastāv no Ni un Cu kā galvenajiem elementiem, ko sauc par Monel sakausējumu, ko attēlo 4000 sērijas numuri;
② Nicrfe sistēma galvenokārt sastāv no NI, CR ir vairāk nekā Fe, ko sauc par Inconel sakausējumu, ko pārstāv 6000 sērijas numuri;
③ Niķeļa-dzelzs-hroma sistēma, NI saturs ir mazāks par 50%, Fe ir vairāk nekā CR, ko sauc par Incoloy sakausējumu, ko pārstāv 8000 sērijas numuri;
④ Ni Mo vai Ni Mo CR sistēmu sauc par Hastelloy sakausējumu, un Ni ir galvenais elements un augsts MO saturs.
2. Biežas problēmas metināšanas procesā uz niķeļa sakausējumiem
2.1 Karstās plaisas
Metināšanas procesā, kas balstīti uz niķeļa sakausējumiem, metinājums ir pakļauts makro plaisām (sacietēšanas plaisām) un mikro plaisām (daudzstūrainām plaisām) vai abām.
Starpgranulārā šķidruma plēve ir galvenais metalurģiskais faktors, kas izraisa sacietēšanas plaisas vienfāzes austenīta metinājumos ar niķeļa bāzes sakausējumiem. Metinot niķeļa bāzes sakausējumus, piemaisījumi, piemēram, S un Si atdalās metinātajā metālā, veidojot zemu kausējošu eutektiku (Ninis, 645 grādi).
Metinātā metāla kristalizācijas laikā zema kausēšanas eutektiskā šķidruma plēve paliek graudu robežas zonā. Sakarā ar lielo lineāro izplešanās koeficientu uz niķeļa bāzes sakausējumiem, metināšanas laikā rodas ievērojams stiepes spriegums, un šķidruma plēvei ir tendence uz plaisāšanu, kas saistīta ar saraušanās sprieguma iedarbību kristalizācijas laikā.
Niķeļa bāzes sakausējuma metināšanas mikrostruktūra ir vienfāzes austenīts. Poligonālo graudu robežu veidošanās un attīstība starp tīru metālu un vienfāžu sakausējuma metinājumiem ir galvenie daudzstūraino plaisu veidošanas iemesli niķeļa uz sakausējuma metinājumiem.
Lai uzlabotu vienfāzes austenīta sakausējuma metinātā metāla spēju pretoties termiskai plaisāšanai, metināšanas materiālam pievieno MO, W, Mn, TA, Cr, NB un citus cietos šķīdumus, kas stiprina elementus, kas var efektīvi kavēt karsto plaisu un poligonālo graudu robežu veidošanos un attīstību niķeļa pamatā.
2.2 Porozitāte
Niķeļa bāzes sakausējumu kausēšanas diapazons ir no 1287 līdz 1446 grādiem, un cietā šķidruma temperatūras starpība ir ļoti maza. Nogulsušais metāls ir viskozs un tam ir slikta plūstamība. Ātras dzesēšanas un kristalizācijas apstākļos gāzei nav laika aizbēgt un veido poras metinājumā.
2.3 Sārņu iekļaušana
Tīra niķeļa un niķeļa sakausējumu oksīdi atšķiras no tērauda. Piemēram, tīra dzelzs kušanas temperatūra ir 1538 grādi, FEO ir 1420 grādi un Fe3O2 ir 1565 grādi. Tāpēc tērauda metināšanas laikā oksīdi un mātes metāls ir gandrīz izkausēti.
Tomēr niķeļa un niķeļa oksīda kausēšanas punktos ir būtiskas atšķirības, piemēram, tīra niķeļa kušanas temperatūra ir 1446 grādi, savukārt NIO kausēšanas punkts ir 2090 grāds. Var redzēt, ka niķeļa sakausējumu oksīdi metināšanas laikā tiek saglabāti cietā formā, kā rezultātā rodas nepilnīga saplūšana un pārtrauktie oksīda ieslēgumi.
2.4.
Sakarā ar niķeļa bāzes sakausējumu metinātā metāla slikto plūstamību, nepieciešamo iespiešanās dziļumu var sasniegt, izmantojot nelielu šūpošanās paņēmienu. Tomēr, šūpojoties katras puses galējā stāvoklī, ja turēšanas laiks ir pārāk īss un nav pietiekami daudz laika, lai aizpildītu izkausēto metināto metālu, tas izraisīs nepietiekamu samazināšanu.
3. Metināšanas procesa galvenie punkti
3.1 Metināšanas metodes izvēle
Lai metinātu uz niķeļa bāzes sakausējumiem, nūjas loka metināšana, priekšroka dodama gāzes volframa loka metināšanai un gāzes metāla loka metināšanai. Automātisku iegremdētu loka metināšanu var izmantot arī biezu plākšņu metināšanai muca.
Daudzi dažādi metināšanas procesi ir piemēroti dažādiem materiāliem un lietojumiem. Tie ietver:
Ekranēta metāla loka metināšana (SMAW): pazīstama arī kā nūju metināšana, SMAW metināšanas nolūkā izmanto patērējamu elektrodu, kas pārklāts ar plūsmu.
Gāzes metāla loka metināšana (GMAW\/MIG): tas izmanto nepārtrauktu cietu stiepli, kas barota caur metināšanas pistoli un ekranējošu gāzi, lai pasargātu metināto baseinu no piesārņojuma.
Gāzes volframa loka metināšana (GTAW\/TIG): šajā procesā tiek izmantots neiesaistāms volframa elektrods un ekranējoša gāze. Vajadzības gadījumā pildvielu var barot atsevišķi.
Flux-Corged loka metināšana (FCAW): Līdzīgi kā MIG metināšanai, stieples kodols ir piepildīts ar plūsmu.
Iegremdēta loka metināšana (SAW): Šis process ietver loka veidošanos starp nepārtraukti barotu metināšanas vadu un sagatavi, iegremdējot metināšanas laukumu zem plūsmas slāņa.
