9%Ni鋼(gang)以其優異的(de)(de)低溫(wen)韌性被認為(wei)是(shi)制(zhi)造低溫(wen)壓力容器(qi)的(de)(de)優良材料(liao)。焊(han)(han)接9%Ni鋼(gang)時可能遇到的(de)(de)問(wen)題主要是(shi)焊(han)(han)接接頭的(de)(de)低溫(wen)韌性、熱裂(lie)紋、冷裂(lie)紋、電弧磁偏吹和熔合不良等。這(zhe)些問(wen)題與焊(han)(han)接方法、焊(han)(han)接材料(liao)和焊(han)(han)接工(gong)藝有很(hen)大(da)關系。
1. 焊(han)接(jie)接(jie)頭的低溫韌性問題
焊接(jie)接(jie)頭的低溫韌性對(dui)9%Ni鋼(gang)來說是個非常重(zhong)要的問題(ti)，
包括焊縫(feng)金屬、熔合區(qu)和熱影響區(qu)三個區(qu)域，都可能發生(sheng)韌性惡化(hua)。
①. 焊縫金屬
焊(han)(han)(han)(han)縫金屬的(de)低(di)溫(wen)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)與(yu)(yu)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)有關。用與(yu)(yu)母材(cai)(cai)成(cheng)分相(xiang)同(tong)的(de)材(cai)(cai)料(liao)時，焊(han)(han)(han)(han)縫金屬的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)很差(cha)，主要是因為焊(han)(han)(han)(han)縫金屬的(de)含氧量太高(gao)。如果硅含量也較(jiao)(jiao)高(gao)，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)降低(di)更大。所以(yi)，只有在TIG焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時才采用同(tong)質(zhi)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)。9%Ni鋼(gang)(gang)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)主要采用Ni基(ji)(ji)、Fe-Ni基(ji)(ji)和(he)Ni-Cr奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)等三種類型。Ni基(ji)(ji)和(he)Fe-Ni基(ji)(ji)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)的(de)低(di)溫(wen)性(xing)(xing)能良好，線(xian)脹系數與(yu)(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近(jin)，但成(cheng)本高(gao)，強(qiang)度(du)偏低(di)。Ni13-Cr16奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)型焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)的(de)強(qiang)度(du)稍高(gao)，但低(di)溫(wen)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)差(cha)，線(xian)脹系數與(yu)(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)差(cha)較(jiao)(jiao)大，而且易(yi)在熔合區出現脆(cui)硬組織。用同(tong)質(zhi)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)焊(han)(han)(han)(han)9%Ni鋼(gang)(gang)時，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)與(yu)(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近(jin)。
②. 熔合區
熔(rong)合(he)區(qu)(qu)的(de)低(di)溫(wen)韌(ren)性主(zhu)要與(yu)出現脆性組織有(you)關。當采(cai)用Ni13-Cr16型奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)焊(han)接9%Ni鋼(gang)時(shi)熔(rong)合(he)區(qu)(qu)既非(fei)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)，也非(fei)9%Ni鋼(gang)化學成(cheng)(cheng)分。9%Ni鋼(gang)和(he)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)都具有(you)良好的(de)韌(ren)性，但這時(shi)熔(rong)合(he)區(qu)(qu)中的(de)Cr、Mn等元素的(de)含(han)量都比9%Ni鋼(gang)高(gao)，碳也在熔(rong)合(he)區(qu)(qu)偏(pian)聚，其硬(ying)度(du)為363~380HV,明顯高(gao)于焊(han)縫金(jin)屬(shu)（207HV)和(he)熱影響區(qu)(qu)（308~332HV).熔(rong)合(he)區(qu)(qu)的(de)硬(ying)度(du)偏(pian)高(gao)的(de)位置是(shi)在焊(han)縫邊界上的(de)不(bu)完全混合(he)區(qu)(qu)。該區(qu)(qu)的(de)硬(ying)脆性主(zhu)要是(shi)因(yin)為形(xing)成(cheng)(cheng)了有(you)板條馬氏(shi)體(ti)(ti)和(he)孿晶馬氏(shi)體(ti)(ti)組成(cheng)(cheng)的(de)混合(he)馬氏(shi)體(ti)(ti)所致。
③. 熱影響區
9%Ni鋼(gang)焊(han)接時在加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)到(dao)(dao)700~900℃以(yi)及1250℃以(yi)上的(de)區域(yu)，其(qi)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)明(ming)顯惡化。而(er)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)到(dao)(dao)1050~1250℃時韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)有所回升。在700~900℃區間加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)時，由于它是(shi)處(chu)于鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)－奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)兩相區，加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)時生成部分高(gao)(gao)碳奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，冷(leng)(leng)卻后(hou)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)為島狀馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，因(yin)此(ci)(ci)很(hen)脆。在1050~1250℃區間加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)時，由于奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)已完成，得到(dao)(dao)均勻(yun)的(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，冷(leng)(leng)卻后(hou)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)為低碳馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，因(yin)此(ci)(ci)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)較高(gao)(gao)。而(er)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)達1350℃時，晶粒粗(cu)大，又可能出現上貝氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，因(yin)而(er)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)較差。而(er)在550~600℃溫度加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)時，能得到(dao)(dao)較多的(de)逆轉(zhuan)(zhuan)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)，因(yin)而(er)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)較高(gao)(gao)。此(ci)(ci)外，冷(leng)(leng)卻速(su)度對低溫韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)也(ye)有影響。冷(leng)(leng)卻速(su)度越快，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)越好(hao)。鋼(gang)中(zhong)磷(lin)含(han)量(liang)對韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)也(ye)有影響，當硫為0.005%時，；磷(lin)應(ying)在0.009%以(yi)下為好(hao)。
2. 焊(han)接熱裂紋
①. 弧坑裂紋(wen)
用奧氏體型焊條(tiao)焊接9%Ni鋼時，大(da)多有熱裂紋(wen)傾向，特別(bie)是打底焊和定位焊中(zhong)。若有夾渣，夾渣處也能產生熱裂紋(wen)。
裂紋(wen)傾向(xiang)還(huan)與(yu)焊接位置有關，橫焊和平(ping)焊裂紋(wen)傾向(xiang)小，而立焊和仰焊裂紋(wen)傾向(xiang)大(da)。
用(yong)TH17/15TTW焊接(jie)時(shi)，由于焊縫(feng)中(zhong)Cr/Ni之比值小于1.48,初(chu)生(sheng)相為γ相，造成硫、磷的偏析，形成較大的脆性溫度區間而易于開裂。當(dang)采用(yong)25-20奧氏體不銹鋼焊條焊接(jie)時(shi)，就不容易產(chan)生(sheng)熱裂紋(wen)。這主要是焊縫(feng)中(zhong)有(you)害(hai)元素硫、硅含量低，有(you)益元素錳含量高，故熱裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)小。鎢(wu)的加入，一般也認為有(you)利于減小熱裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)。
②. 液(ye)化裂紋
液(ye)化(hua)裂紋的產生是由于在9%Ni鋼焊縫的晶界上(shang)有硫、磷等雜質元素的偏析，在后續(xu)焊道的作用(yong)下，晶界上(shang)的低熔點物質液(ye)化(hua)而形(xing)成(cheng)的。
③. 顯微疏松
這(zhe)種缺(que)陷(xian)產(chan)生主(zhu)要(yao)在熔合區(qu)，一(yi)般尺寸很小，要(yao)放(fang)大(da)100倍(bei)以(yi)上才能看(kan)清(qing)楚。也有(you)(you)把這(zhe)種顯(xian)微(wei)疏(shu)松(song)叫做(zuo)折(zhe)疊中(zhong)顯(xian)微(wei)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)。所(suo)謂折(zhe)疊，是(shi)焊接中(zhong)由(you)于(yu)電弧的(de)(de)(de)(de)(de)攪(jiao)動(dong)，把熔化了的(de)(de)(de)(de)(de)母(mu)材(cai)帶入熔池中(zhong)，但未能與熔化了的(de)(de)(de)(de)(de)焊條金(jin)(jin)(jin)屬(shu)混(hun)合，使(shi)兩種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)相間(jian)存在于(yu)熔池邊緣的(de)(de)(de)(de)(de)未完全混(hun)合區(qu)。卷入的(de)(de)(de)(de)(de)母(mu)材(cai)其(qi)(qi)成(cheng)分基本(ben)上還是(shi)9%Ni鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)分。因(yin)為焊縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)(jin)(jin)元(yuan)素比(bi)9%Ni鋼(gang)(gang)高得多，所(suo)以(yi)其(qi)(qi)熔點也低于(yu)9%Ni鋼(gang)(gang)。因(yin)此陷(xian)入不(bu)完全熔合區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)焊縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)晶晚(wan)于(yu)熔化了的(de)(de)(de)(de)(de)母(mu)材(cai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)，被母(mu)材(cai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)所(suo)包(bao)圍，似乎(hu)形(xing)成(cheng)了折(zhe)疊。當(dang)陷(xian)入母(mu)材(cai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)所(suo)包(bao)圍的(de)(de)(de)(de)(de)焊縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)尚未完全結(jie)(jie)晶，而且受到焊接接頭拘(ju)束應力的(de)(de)(de)(de)(de)作用，又沒有(you)(you)液態(tai)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)補充時，就(jiu)形(xing)成(cheng)了裂紋(wen)(wen)。要(yao)消除(chu)這(zhe)種裂紋(wen)(wen)，根本(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)辦法(fa)是(shi)減少(shao)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)害雜質(zhi)硫、磷等。采用正確的(de)(de)(de)(de)(de)收弧技術及運條方(fang)式，也是(shi)可以(yi)避免弧坑產(chan)生熱裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)。
3. 焊接冷裂紋(wen)
9%Ni鋼與同等強度水平的其他低合金鋼相比有較高的抗裂紋的能力，在低氫條件下一般不會產生冷裂紋。但是在氫含量較高或者焊接參數選擇不當時也會產生冷裂紋。本來，無論是9%Ni鋼，還是所采用的焊接材料，都有良好的抗裂紋的能力。而且9%Ni鋼的焊接冷裂紋不是產生在過熱粗晶區，而是產生在熔合區，這是與其他低合金鋼的冷裂紋不同之處。公認的焊接冷裂紋三要素也符合9%Ni鋼的條件。其斷口為QCHm(氫脆準解理）特征，屬典型冷裂紋斷口。分析表明，在熔合區的不完全混合區，其化學成分不同于母材，也不同于焊縫，而是它們的混合。如為6.1Cr-3.4Mn-10.1Ni,由于C的偏聚，使其馬氏體相變點ms、mf降低。9%Ni鋼m.和m1分別為400℃及300℃,熔合區則分別為290℃及室溫以下。這就造成在冷卻過程中熱影響區先于熔合區發生馬氏體相變，造成氫向熔合區擴散集聚。且熱影響區為位錯型板條馬氏體，而熔合區為板條馬氏體和孿晶馬氏體混合組織。插銷試驗證明，焊接參數對σcr有重要影響。用OK69.45焊條時，焊接參數為：焊接電流155A,焊接熱輸人為16.11.J/cm,其σ.最高，抗冷裂性好，比用HT17/15TTW要好。前者σcr為808MPa,后者σcr為573MPa.
4. 電(dian)弧的磁偏吹(chui)
9%Ni鋼易帶磁(ci)，因此焊接9%Ni鋼時易發生磁(ci)偏吹。解決方法：嚴禁用(yong)磁(ci)鐵；焊件長度方向(xiang)不(bu)要南北放，以免(mian)與地磁(ci)同向(xiang)；要盡量用(yong)交流(liu)電源焊接，避免(mian)用(yong)大(da)電流(liu)的碳弧氣刨清根。
5. 熔合不良
用高Ni焊條（如(ru)Ni70)進行焊接(jie)時，由于其與(yu)母(mu)材(cai)熔點相差太(tai)大，易(yi)造成熔合不良。這要(yao)在操(cao)作上改善運條方式加以克服。
