9%Ni鋼(gang)以其優(you)異(yi)的低溫韌(ren)性被(bei)認為(wei)是制造低溫壓力容器(qi)的優(you)良材料。焊(han)接(jie)9%Ni鋼(gang)時可能遇(yu)到的問題(ti)主要是焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的低溫韌(ren)性、熱裂紋、冷裂紋、電弧磁偏吹和熔合不(bu)良等。這(zhe)些問題(ti)與焊(han)接(jie)方法、焊(han)接(jie)材料和焊(han)接(jie)工藝有(you)很大關系(xi)。
1. 焊接接頭的低溫韌性問題
焊接接頭的低溫韌性對9%Ni鋼來說是個非常重(zhong)要(yao)的問題，
包括焊縫金屬、熔合區(qu)和(he)熱影響區(qu)三個(ge)區(qu)域，都(dou)可能(neng)發生(sheng)韌性惡化。
①. 焊縫金屬
焊縫(feng)(feng)金屬的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)韌性(xing)(xing)(xing)與焊接材(cai)(cai)(cai)料有(you)(you)關。用與母(mu)材(cai)(cai)(cai)成分相(xiang)同(tong)的(de)(de)材(cai)(cai)(cai)料時，焊縫(feng)(feng)金屬的(de)(de)韌性(xing)(xing)(xing)很差(cha)，主(zhu)要是因為(wei)焊縫(feng)(feng)金屬的(de)(de)含氧(yang)量(liang)太高。如果硅(gui)含量(liang)也(ye)較高，其(qi)韌性(xing)(xing)(xing)降(jiang)低(di)(di)更大。所以，只(zhi)有(you)(you)在TIG焊接時才采(cai)用同(tong)質(zhi)焊接材(cai)(cai)(cai)料。9%Ni鋼的(de)(de)焊接材(cai)(cai)(cai)料主(zhu)要采(cai)用Ni基(ji)、Fe-Ni基(ji)和Ni-Cr奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼等(deng)三種類型(xing)(xing)。Ni基(ji)和Fe-Ni基(ji)焊接材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)低(di)(di)溫(wen)性(xing)(xing)(xing)能良好，線脹(zhang)系數與母(mu)材(cai)(cai)(cai)相(xiang)近，但(dan)成本高，強度偏(pian)低(di)(di)。Ni13-Cr16奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼型(xing)(xing)焊接材(cai)(cai)(cai)料的(de)(de)強度稍(shao)高，但(dan)低(di)(di)溫(wen)韌性(xing)(xing)(xing)較差(cha)，線脹(zhang)系數與母(mu)材(cai)(cai)(cai)相(xiang)差(cha)較大，而且易在熔合(he)區出(chu)現脆(cui)硬(ying)組織(zhi)。用同(tong)質(zhi)焊接材(cai)(cai)(cai)料焊9%Ni鋼時，其(qi)韌性(xing)(xing)(xing)與母(mu)材(cai)(cai)(cai)相(xiang)近。
②. 熔合(he)區
熔合(he)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)低溫(wen)韌性(xing)主要(yao)與出現脆性(xing)組織有(you)關。當采用Ni13-Cr16型(xing)奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)焊(han)接9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)時(shi)熔合(he)區(qu)(qu)既非奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)，也非9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)化學成分(fen)。9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)都具有(you)良好的(de)(de)(de)(de)韌性(xing)，但這時(shi)熔合(he)區(qu)(qu)中的(de)(de)(de)(de)Cr、Mn等(deng)元素的(de)(de)(de)(de)含量(liang)都比9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)，碳也在(zai)熔合(he)區(qu)(qu)偏聚，其硬(ying)度為(wei)363~380HV,明顯高(gao)于焊(han)縫(feng)金屬(shu)（207HV)和(he)熱(re)影響區(qu)(qu)（308~332HV).熔合(he)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度偏高(gao)的(de)(de)(de)(de)位置是在(zai)焊(han)縫(feng)邊界(jie)上的(de)(de)(de)(de)不(bu)完(wan)全混合(he)區(qu)(qu)。該區(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)脆性(xing)主要(yao)是因為(wei)形(xing)成了有(you)板條馬(ma)氏(shi)體和(he)孿晶馬(ma)氏(shi)體組成的(de)(de)(de)(de)混合(he)馬(ma)氏(shi)體所致。
③. 熱影響區
9%Ni鋼(gang)焊接(jie)時(shi)在(zai)(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)到(dao)700~900℃以及(ji)1250℃以上(shang)(shang)的(de)區域，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)明顯(xian)惡化。而加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)到(dao)1050~1250℃時(shi)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)有(you)所回升。在(zai)(zai)700~900℃區間加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)時(shi)，由于(yu)它是(shi)處(chu)于(yu)鐵(tie)素體(ti)(ti)－奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)兩(liang)相區，加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)時(shi)生成(cheng)部分高(gao)碳奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，冷卻后(hou)(hou)轉變(bian)(bian)為(wei)(wei)島狀馬氏(shi)體(ti)(ti)，因此(ci)很(hen)脆(cui)。在(zai)(zai)1050~1250℃區間加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)時(shi)，由于(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)(bian)已完(wan)成(cheng)，得(de)到(dao)均勻的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，冷卻后(hou)(hou)轉變(bian)(bian)為(wei)(wei)低碳馬氏(shi)體(ti)(ti)，因此(ci)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)高(gao)。而加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)達1350℃時(shi)，晶(jing)粒粗大，又可(ke)能出(chu)現上(shang)(shang)貝(bei)氏(shi)體(ti)(ti)，因而韌(ren)(ren)性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)差。而在(zai)(zai)550~600℃溫度加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)時(shi)，能得(de)到(dao)較(jiao)(jiao)多的(de)逆轉奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，因而韌(ren)(ren)性(xing)(xing)較(jiao)(jiao)高(gao)。此(ci)外，冷卻速度對低溫韌(ren)(ren)性(xing)(xing)也有(you)影響。冷卻速度越(yue)(yue)快，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)越(yue)(yue)好。鋼(gang)中磷含量對韌(ren)(ren)性(xing)(xing)也有(you)影響，當硫為(wei)(wei)0.005%時(shi)，；磷應在(zai)(zai)0.009%以下為(wei)(wei)好。
2. 焊接(jie)熱裂紋
①. 弧坑裂紋
用奧氏體型焊(han)(han)條(tiao)焊(han)(han)接(jie)9%Ni鋼時，大多有熱(re)裂紋傾向，特(te)別是(shi)打底焊(han)(han)和定位焊(han)(han)中。若(ruo)有夾渣，夾渣處也能產生熱(re)裂紋。
裂紋(wen)傾向還(huan)與(yu)焊(han)接位置有關，橫焊(han)和平焊(han)裂紋(wen)傾向小(xiao)，而(er)立焊(han)和仰焊(han)裂紋(wen)傾向大(da)。
用TH17/15TTW焊(han)(han)接(jie)時，由于(yu)焊(han)(han)縫(feng)中Cr/Ni之比值小(xiao)于(yu)1.48,初生相(xiang)為(wei)(wei)γ相(xiang)，造成(cheng)硫(liu)、磷的偏(pian)析，形成(cheng)較大(da)的脆(cui)性溫度區間而易(yi)于(yu)開裂。當采用25-20奧氏體不銹鋼焊(han)(han)條焊(han)(han)接(jie)時，就不容易(yi)產生熱裂紋。這主(zhu)要是焊(han)(han)縫(feng)中有害(hai)元(yuan)(yuan)素硫(liu)、硅(gui)含量低(di)，有益元(yuan)(yuan)素錳含量高(gao)，故(gu)熱裂紋傾向小(xiao)。鎢的加入，一(yi)般也(ye)認為(wei)(wei)有利(li)于(yu)減小(xiao)熱裂紋傾向。
②. 液(ye)化裂紋
液化(hua)裂紋的(de)(de)(de)產生是由于在9%Ni鋼焊縫(feng)的(de)(de)(de)晶界上有硫、磷等雜(za)質(zhi)元(yuan)素的(de)(de)(de)偏析，在后續焊道的(de)(de)(de)作用下(xia)，晶界上的(de)(de)(de)低熔點物質(zhi)液化(hua)而形成的(de)(de)(de)。
③. 顯微疏松(song)
這種缺陷(xian)產(chan)生(sheng)主(zhu)要在熔(rong)(rong)合區，一般尺寸很(hen)小，要放(fang)大100倍以(yi)上才能看清楚。也有(you)(you)把(ba)這種顯微(wei)疏松(song)叫做折疊(die)中顯微(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)。所(suo)(suo)謂折疊(die)，是(shi)焊(han)接(jie)中由于電弧的(de)(de)攪動，把(ba)熔(rong)(rong)化(hua)了(le)的(de)(de)母材(cai)帶(dai)入(ru)熔(rong)(rong)池(chi)中，但未能與熔(rong)(rong)化(hua)了(le)的(de)(de)焊(han)條(tiao)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)混合，使兩種金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)相間存在于熔(rong)(rong)池(chi)邊緣的(de)(de)未完全混合區。卷入(ru)的(de)(de)母材(cai)其成分(fen)基(ji)本(ben)(ben)上還是(shi)9%Ni鋼的(de)(de)成分(fen)。因為(wei)焊(han)縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)合金(jin)(jin)(jin)(jin)元(yuan)素(su)比9%Ni鋼高得多，所(suo)(suo)以(yi)其熔(rong)(rong)點也低于9%Ni鋼。因此陷(xian)入(ru)不完全熔(rong)(rong)合區的(de)(de)焊(han)縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)(de)結晶晚于熔(rong)(rong)化(hua)了(le)的(de)(de)母材(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)，被母材(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)所(suo)(suo)包(bao)圍，似(si)乎形成了(le)折疊(die)。當陷(xian)入(ru)母材(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)所(suo)(suo)包(bao)圍的(de)(de)焊(han)縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)尚(shang)未完全結晶，而(er)且受(shou)到焊(han)接(jie)接(jie)頭拘(ju)束應力的(de)(de)作(zuo)用，又沒有(you)(you)液態(tai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)補(bu)充時(shi)，就(jiu)形成了(le)裂(lie)(lie)紋(wen)。要消除這種裂(lie)(lie)紋(wen)，根(gen)本(ben)(ben)的(de)(de)辦法是(shi)減少金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)中的(de)(de)有(you)(you)害雜質(zhi)硫、磷(lin)等(deng)。采用正確的(de)(de)收弧技術及(ji)運條(tiao)方式，也是(shi)可以(yi)避免弧坑(keng)產(chan)生(sheng)熱裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)。
3. 焊接(jie)冷(leng)裂(lie)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(de)磁偏吹
9%Ni鋼易帶磁(ci)，因(yin)此焊接9%Ni鋼時易發生磁(ci)偏吹。解決方(fang)法(fa)：嚴禁用(yong)磁(ci)鐵；焊件長(chang)度方(fang)向不要(yao)南(nan)北(bei)放(fang)，以免(mian)與地(di)磁(ci)同向；要(yao)盡量用(yong)交流(liu)電(dian)源焊接，避免(mian)用(yong)大電(dian)流(liu)的碳弧氣刨(bao)清(qing)根(gen)。
5. 熔合不良
用高Ni焊(han)條(tiao)（如Ni70)進行焊(han)接時，由于其與母材熔(rong)點相差太大，易造成熔(rong)合(he)不良。這要在操作上改(gai)善運條(tiao)方式加以克服(fu)。
