9%Ni鋼以其優異(yi)的(de)(de)低(di)溫韌性被認為是制造低(di)溫壓力容器的(de)(de)優良材料。焊(han)接(jie)(jie)9%Ni鋼時(shi)可(ke)能遇到的(de)(de)問(wen)題主要是焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)(de)低(di)溫韌性、熱裂紋、冷裂紋、電弧磁(ci)偏吹(chui)和熔合不良等。這些問(wen)題與焊(han)接(jie)(jie)方法、焊(han)接(jie)(jie)材料和焊(han)接(jie)(jie)工藝有很大關系(xi)。
1. 焊接(jie)接(jie)頭的低溫韌性問題
焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的低(di)溫(wen)韌性(xing)對9%Ni鋼來說是個非常重要的問題(ti)，
包括焊縫金(jin)屬、熔(rong)合區和熱影響區三個區域，都(dou)可能(neng)發生(sheng)韌性惡化。
①. 焊縫(feng)金屬(shu)
焊(han)(han)縫金屬(shu)的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)韌(ren)性與焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)有關。用與母材(cai)(cai)(cai)(cai)成分相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)時，焊(han)(han)縫金屬(shu)的(de)(de)(de)韌(ren)性很差，主(zhu)要是因為焊(han)(han)縫金屬(shu)的(de)(de)(de)含(han)(han)氧量太高。如果硅含(han)(han)量也較(jiao)高，其(qi)韌(ren)性降低(di)更(geng)大(da)。所以，只有在TIG焊(han)(han)接(jie)時才采(cai)用同(tong)質焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)。9%Ni鋼(gang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)主(zhu)要采(cai)用Ni基(ji)(ji)、Fe-Ni基(ji)(ji)和Ni-Cr奧氏體不(bu)銹鋼(gang)等三種(zhong)類(lei)型。Ni基(ji)(ji)和Fe-Ni基(ji)(ji)焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)低(di)溫(wen)性能良(liang)好，線脹(zhang)系數與母材(cai)(cai)(cai)(cai)相(xiang)(xiang)近，但成本高，強(qiang)度偏(pian)低(di)。Ni13-Cr16奧氏體不(bu)銹鋼(gang)型焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)強(qiang)度稍高，但低(di)溫(wen)韌(ren)性較(jiao)差，線脹(zhang)系數與母材(cai)(cai)(cai)(cai)相(xiang)(xiang)差較(jiao)大(da)，而且易在熔合區出(chu)現脆硬組織。用同(tong)質焊(han)(han)接(jie)材(cai)(cai)(cai)(cai)料(liao)焊(han)(han)9%Ni鋼(gang)時，其(qi)韌(ren)性與母材(cai)(cai)(cai)(cai)相(xiang)(xiang)近。
②. 熔合區
熔合(he)區(qu)(qu)的(de)低溫韌(ren)性(xing)主要(yao)與出現(xian)脆性(xing)組織(zhi)有關。當采(cai)用Ni13-Cr16型奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)焊(han)接9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)(gang)時熔合(he)區(qu)(qu)既非(fei)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)，也非(fei)9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)(gang)化學成分。9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)都具有良好(hao)的(de)韌(ren)性(xing)，但(dan)這時熔合(he)區(qu)(qu)中(zhong)的(de)Cr、Mn等(deng)元素(su)的(de)含量都比(bi)9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)(gang)高(gao)，碳也在熔合(he)區(qu)(qu)偏聚(ju)，其硬度為363~380HV,明顯高(gao)于(yu)焊(han)縫(feng)金(jin)屬（207HV)和熱影響區(qu)(qu)（308~332HV).熔合(he)區(qu)(qu)的(de)硬度偏高(gao)的(de)位置是(shi)在焊(han)縫(feng)邊界上(shang)的(de)不(bu)完全混合(he)區(qu)(qu)。該區(qu)(qu)的(de)硬脆性(xing)主要(yao)是(shi)因為形成了有板條馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)和孿晶馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)組成的(de)混合(he)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)所致。
③. 熱影響(xiang)區
9%Ni鋼(gang)焊接時(shi)(shi)在加(jia)熱(re)(re)(re)到(dao)700~900℃以及1250℃以上(shang)的(de)區(qu)域，其(qi)韌(ren)性明(ming)顯惡化。而(er)加(jia)熱(re)(re)(re)到(dao)1050~1250℃時(shi)(shi)韌(ren)性有所回升(sheng)。在700~900℃區(qu)間(jian)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)，由(you)于它是(shi)處于鐵(tie)素體－奧(ao)氏體兩相區(qu)，加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)生(sheng)成部分高碳(tan)奧(ao)氏體，冷(leng)(leng)(leng)卻后轉(zhuan)變(bian)為(wei)島狀馬(ma)氏體，因(yin)(yin)此(ci)很(hen)脆(cui)。在1050~1250℃區(qu)間(jian)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)，由(you)于奧(ao)氏體轉(zhuan)變(bian)已完成，得到(dao)均勻的(de)奧(ao)氏體，冷(leng)(leng)(leng)卻后轉(zhuan)變(bian)為(wei)低碳(tan)馬(ma)氏體，因(yin)(yin)此(ci)韌(ren)性較高。而(er)加(jia)熱(re)(re)(re)達1350℃時(shi)(shi)，晶粒粗大(da)，又可能出現上(shang)貝氏體，因(yin)(yin)而(er)韌(ren)性較差。而(er)在550~600℃溫度加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)，能得到(dao)較多的(de)逆轉(zhuan)奧(ao)氏體，因(yin)(yin)而(er)韌(ren)性較高。此(ci)外，冷(leng)(leng)(leng)卻速度對低溫韌(ren)性也有影(ying)(ying)響。冷(leng)(leng)(leng)卻速度越(yue)(yue)快(kuai)，韌(ren)性越(yue)(yue)好。鋼(gang)中磷含量對韌(ren)性也有影(ying)(ying)響，當(dang)硫為(wei)0.005%時(shi)(shi)，；磷應(ying)在0.009%以下為(wei)好。
2. 焊接(jie)熱裂紋
①. 弧坑裂紋(wen)
用(yong)奧氏體型焊條焊接9%Ni鋼時，大多有(you)(you)熱裂(lie)紋傾向，特別(bie)是打底焊和定位(wei)焊中。若(ruo)有(you)(you)夾渣(zha)，夾渣(zha)處也能(neng)產生熱裂(lie)紋。
裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)還與焊(han)(han)接位置有(you)關，橫焊(han)(han)和(he)平焊(han)(han)裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)小，而立焊(han)(han)和(he)仰焊(han)(han)裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)大。
用TH17/15TTW焊(han)接時，由于(yu)焊(han)縫中Cr/Ni之比值小于(yu)1.48,初(chu)生(sheng)相(xiang)為γ相(xiang)，造成(cheng)硫、磷(lin)的偏析，形(xing)成(cheng)較大的脆性溫度區間而易(yi)于(yu)開裂(lie)。當采用25-20奧氏體不(bu)銹鋼焊(han)條焊(han)接時，就不(bu)容易(yi)產(chan)生(sheng)熱(re)(re)裂(lie)紋(wen)。這主要是焊(han)縫中有害元素(su)硫、硅含(han)量低，有益元素(su)錳含(han)量高，故熱(re)(re)裂(lie)紋(wen)傾向(xiang)小。鎢的加入，一般也認為有利于(yu)減小熱(re)(re)裂(lie)紋(wen)傾向(xiang)。
②. 液化裂紋
液化裂(lie)紋(wen)的產(chan)生是由于在9%Ni鋼焊縫的晶界上(shang)有硫、磷(lin)等雜質(zhi)元素的偏(pian)析(xi)，在后續焊道的作用下，晶界上(shang)的低(di)熔點(dian)物質(zhi)液化而形成的。
③. 顯微(wei)疏松
這(zhe)種(zhong)(zhong)缺(que)陷(xian)產(chan)生(sheng)主要在熔(rong)(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)，一般尺(chi)寸(cun)很(hen)小，要放大100倍以上才能看清楚(chu)。也有把(ba)這(zhe)種(zhong)(zhong)顯微疏松叫(jiao)做折疊中顯微裂(lie)紋(wen)的(de)。所(suo)(suo)謂折疊，是焊(han)接(jie)(jie)中由于電弧(hu)的(de)攪動，把(ba)熔(rong)(rong)(rong)化了的(de)母材帶入(ru)熔(rong)(rong)(rong)池(chi)中，但(dan)未(wei)(wei)能與熔(rong)(rong)(rong)化了的(de)焊(han)條(tiao)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)混(hun)合(he)(he)，使兩種(zhong)(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)間存在于熔(rong)(rong)(rong)池(chi)邊緣的(de)未(wei)(wei)完(wan)全(quan)(quan)混(hun)合(he)(he)區(qu)(qu)。卷入(ru)的(de)母材其(qi)(qi)成(cheng)分(fen)(fen)基(ji)本上還是9%Ni鋼(gang)的(de)成(cheng)分(fen)(fen)。因(yin)為焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元(yuan)素比9%Ni鋼(gang)高(gao)得多，所(suo)(suo)以其(qi)(qi)熔(rong)(rong)(rong)點也低于9%Ni鋼(gang)。因(yin)此陷(xian)入(ru)不完(wan)全(quan)(quan)熔(rong)(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)的(de)焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)結(jie)晶(jing)晚(wan)于熔(rong)(rong)(rong)化了的(de)母材金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)，被母材金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)所(suo)(suo)包(bao)圍，似乎形成(cheng)了折疊。當(dang)陷(xian)入(ru)母材金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)所(suo)(suo)包(bao)圍的(de)焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)尚未(wei)(wei)完(wan)全(quan)(quan)結(jie)晶(jing)，而且受到焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭拘(ju)束應力(li)的(de)作用(yong)，又沒有液態金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)補充時，就(jiu)形成(cheng)了裂(lie)紋(wen)。要消除(chu)這(zhe)種(zhong)(zhong)裂(lie)紋(wen)，根(gen)本的(de)辦(ban)法(fa)是減(jian)少金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)中的(de)有害雜質(zhi)硫、磷等。采用(yong)正確的(de)收弧(hu)技(ji)術及運條(tiao)方式，也是可以避免弧(hu)坑產(chan)生(sheng)熱(re)裂(lie)紋(wen)的(de)。
3. 焊(han)接(jie)冷裂紋
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. 電弧的磁偏吹
9%Ni鋼易帶(dai)磁(ci)，因此焊接(jie)9%Ni鋼時易發生磁(ci)偏(pian)吹。解決方法：嚴(yan)禁用(yong)磁(ci)鐵(tie)；焊件(jian)長度方向(xiang)不(bu)要(yao)南北放，以免(mian)與地磁(ci)同(tong)向(xiang)；要(yao)盡量用(yong)交流(liu)電(dian)源(yuan)焊接(jie)，避(bi)免(mian)用(yong)大電(dian)流(liu)的碳弧氣刨(bao)清根。
5. 熔合不良
用高Ni焊(han)條（如Ni70)進(jin)行(xing)焊(han)接時，由于其與母材熔點相(xiang)差太大，易造成(cheng)熔合不良。這(zhe)要(yao)在操(cao)作上(shang)改善(shan)運條方式加以克(ke)服。
