Jaki jest problem z spawaniem niklu?

Nikiel i jego stopy są szeroko stosowane w różnych branżach, takich jak lotnisko, przetwarzanie chemiczne i wytwarzanie energii ze względu na ich doskonałą odporność na korozję, wysoką wytrzymałość temperatury - i dobrą plastyczności. Jednak spawanie niklu jest dalekie od prostego zadania. Podczas procesu spawania często pojawia się seria problemów, które są ściśle związane z unikalnymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi niklu. Zrozumienie tych problemów ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości i niezawodności spoin niklu.
Wysoka podatność na gorące pękanie
Jednym z najważniejszych problemów w spawaniu niklu jest wysokie ryzyko gorącego pękania. Pękanie na gorąco, znane również jako pękanie zestalania, występuje na końcowych stadiach zestalania metalu spoiny. Nikiel ma stosunkowo szeroki zakres temperatur zestalacza. W tym okresie niskie - Eutektyka punktowa - w metalu spoiny są wciskowane w granice ziarna, gdy metal się kurczy. Jeśli spoina zostanie w tym czasie poddana naprężeniu rozciągającym, pęknięcia łatwo powstają wzdłuż granic ziaren.
Stopy niklu, zwłaszcza te zawierające elementy, takie jak siarka, fosfor, ołów i cyna, są bardziej podatne na gorące pękanie. Elementy te mają tendencję do segregowania na granicach ziarna, tworząc niskie - fazy punktowe -, które dodatkowo zmniejszają wytrzymałość granic ziarna podczas zestalania. Ponadto niewłaściwe parametry spawania, takie jak nadmierne wejście cieplne, mogą również zwiększyć ryzyko pęknięcia na gorąco. Zbyt dużo ciepła rozszerzy zakres temperatury zestalania metalu spoiny i zaostrza segregację elementów zanieczyszczenia.
Wrażliwość na porowatość gazową
Porowatość gazu jest kolejnym powszechnym problemem w spawaniu niklu. Porowatość odnosi się do obecności małych gazów - w metalu spoiny, które mogą zmniejszyć wytrzymałość, gęstość i odporność na korozję spoiny. Nikiel ma silną zdolność wchłaniania gazów, takich jak wodór, tlen i azot w wysokich temperaturach. Kiedy metal spoiny chłodzi i szybko się zestala, gazy te nie mogą uciec na czas i są uwięzione w spoinie, tworząc porowatość.
Porowatość wodoru jest szczególnie kłopotliwa. Wodór może pochodzić z różnych źródeł, takich jak wilgoć w atmosferze spawalniczym, olej i smar na powierzchni metalu bazowego lub metalu wypełniającego oraz strumienia wilgotnego. Tlen może reagować z niklem, tworząc tlenki niklu, a jeśli te tlenki nie są odpowiednio usunięte, mogą również prowadzić do tworzenia porowatości. Azot, choć mniej rozpuszczalny w niklu niż w niektórych innych metalach, może nadal powodować porowatość, gdy efekt osłony gazu spawalkowego jest słaby.
Trudność w kontrolowaniu składu metalu spoiny
Utrzymanie pożądanego składu metalu spoiny jest poważnym wyzwaniem w spawaniu niklu. Stopy niklu są często zaprojektowane tak, aby mieć określone kompozycje chemiczne w celu osiągnięcia określonych właściwości. Na przykład niektóre stopy niklu zawierają chrom w celu poprawy odporności na korozję, podczas gdy inne zawierają molibdenu, aby zwiększyć siłę temperatury wysoką -. Podczas spawania elementy stopowe w metalu bazowym i metalowi wypełniającym mogą zostać utracone lub zanieczyszczone, co powoduje zmianę składu metalu spoiny.
Utlenianie jest ważnym czynnikiem prowadzącym do utraty elementów stopowych. Nikiel i jego elementy stopowe (takie jak chrom i aluminium) są łatwo utleniane w wysokich temperaturach spawania. Po utlenianiu elementy te tworzą tlenki, które nie mogą uczestniczyć w tworzeniu pożądanej struktury stopu, zmniejszając w ten sposób wydajność spoiny. Ponadto, jeśli metal wypełniający nie jest kompatybilny z metalem podstawowym lub jeśli proces spawania nie jest odpowiednio kontrolowany, może prowadzić do rozcieńczenia elementów stopowych, dzięki czemu kompozycja metalu spoiny odbiega od wymagań projektowych.
Post - Weld Curtittlement
Post - kruchość spawana może wystąpić w niektórych stopach niklu, co znacznie zmniejsza strefę spoiny i ciepła - dotkniętej strefą (HAZ). Problem ten jest często związany z opadami faz międzymetalicznych lub segregacją pierwiastków podczas chłodzenia po spawaniu. Na przykład stopy aluminium nikiel - mogą wytrącać kruche fazy aluminidu niklu po schłodzeniu z pewną prędkością, co czyni materiał kruchy.
Ponadto niektóre stopy niklu są wrażliwe na starzenie termiczne. Po spawaniu, jeśli spoina jest narażona na określony zakres temperatur przez długi czas, może ona ulegać zmianom mikrostrukturalnym, takim jak wzrost ziaren lub tworzenie szkodliwych faz, które również doprowadzą do kruchości. Jest to poważny problem w środowiskach usługi temperaturowej o wysokiej -, ponieważ skrypane spoiny mogą nagle zawieść pod obciążeniem.
Wyzwania związane z spawaniem grubych sekcji
Spawanie grube sekcje niklu przynosi własny zestaw problemów. Ze względu na wysoką przewodność cieplną niklu trudno jest osiągnąć wystarczającą penetrację grubymi skrawkami bez stosowania wysokiego poziomu ciepła. Jednak, jak wspomniano wcześniej, wysokie wkład ciepła może zwiększyć ryzyko pękania gorącego i wzrostu ziarna. Wzrost ziarna w HAZ może zmniejszyć wytrzymałość materiału, co czyni go bardziej podatnym na pękanie.
Ponadto spawanie grubych sekcji niklu często wymaga spawania multi -. Każda przepustka spawalnicza podgrzewa poprzedni spoiny i HAZ, co może powodować powtarzające się cykl termiczny. To powtarzające się ogrzewanie może prowadzić do zmian mikrostrukturalnych, takich jak wytrącanie szkodliwych faz, a także zwiększać naprężenie resztkowe w spoinie. Stres resztkowy może jeszcze bardziej zaostrzyć problem pękania na gorąco i zmniejszyć żywotność zmęczenia spoiny.
Wniosek
Nickel spawalniczy jest złożonym zadaniem, które nękane problemy, takie jak pękanie na gorąco, porowatość gazu, trudność w kontrolowaniu składu metalu spoiny, kruchość spawalnicza Post - oraz wyzwania związane z gęstymi sekcjami. Problemy te są zakorzenione w unikalnych właściwościach niklu i jego stopów, a także w wpływie procesów i parametrów spawania. Aby rozwiązać te problemy, konieczne jest wybranie odpowiednich metod spawania (takie jak spawanie łuku wolframu gazowego lub spawanie łuku z ekranowanego metalu), użycie metali wypełniaczy wysokiej jakości -, optymalizuj parametry spawania. Tylko poprzez podejmowanie ukierunkowanych środków można zagwarantować jakość spoin niklu, a doskonałą wydajność niklu i jego stopów jest w pełni wykorzystywana w praktycznych zastosowaniach.