Investigació sobre tecnologia de soldadura de l’aliatge resistent a la corrosió basat en níquel
1. Introducció
Els aliatges amb una fracció de massa de níquel de més del 30% s’anomenen generalment aliatges resistents a la corrosió basats en níquel, similars a l’acer inoxidable austenític. La microestructura dels aliatges resistents a la corrosió basats en níquel és austenita monofàsica i no hi ha cap canvi de fase en l'estat sòlid. Els grans del material pare i el metall de soldadura no es poden perfeccionar mitjançant tractament tèrmic.
Té propietats úniques de resistència física, química i de corrosió. Pot resistir la corrosió de diversos medis corrosius en el rang de 200-1090 grau. Al mateix temps, també té bones propietats mecàniques d’alta i baixa temperatura. S'utilitza àmpliament en les indústries petroquímiques, nuclears, aeroespacials i altres indústries.
Els aliatges resistents a la corrosió basats en níquel utilitzats habitualment es poden dividir en quatre sèries principals:
① El sistema Ni-Cu està compost per Ni i Cu com a elements principals, anomenats aliatges Monel, representats per 4.000 números de sèries;
② El sistema NICRFE es compon principalment de Ni, Cr és més que Fe, anomenat Aliatge Inconel, representat per 6.000 números de sèries;
③ Sistema de níquel-ferro-crom, el contingut de Ni és inferior al 50%, Fe és més que CR, anomenat Aliatge Incoloy, representat per 8.000 números de sèries;
④ Ni Mo o Ni Mo CR System s’anomena aliatge Hastelloy, amb Ni com a element principal i contingut alt de Mo.
2. Problemes comuns en el procés de soldadura dels aliatges basats en níquel
2.1 esquerdes calentes
En el procés de soldadura dels aliatges basats en níquel, la soldadura és propensa a esquerdes macro (esquerdes de solidificació) i micro esquerdes (esquerdes poligonals) o ambdues.
La pel·lícula líquida intergranular és el principal factor metal·lúrgic que causa esquerdes de solidificació en soldadures austenítiques monofàsiques d’aliatges basats en níquel. Quan la soldadura es basa en els aliatges basats en níquel, les impureses com S i SI segreguen en el metall de soldadura per formar un eutèctic de baixa fusió (Ninis, 645 graus).
Durant la cristal·lització del metall de soldadura, la pel·lícula líquida eutèctica de baixa fusió es manté a la zona del límit del gra. A causa del gran coeficient d'expansió lineal dels aliatges basats en níquel, es genera una tensió de tracció significativa durant la soldadura i la pel·lícula líquida és propensa a esquerdar-se sota l'acció de la tensió de contracció durant la cristal·lització.
La microestructura de la soldadura d’aliatge basada en níquel és austenita monofàsica. La formació i el desenvolupament de límits de gra poligonal entre el metall pur i les soldadures d’aliatge monofàsic són els principals motius de la generació d’esquerdes poligonals en les soldadures d’aliatge basades en níquel.
Per tal de millorar la capacitat del metall de soldadura d’aliatge austenític monofàsic per resistir a l’esquerdament tèrmic, s’afegeixen al material de soldadura, que pot inhibir efectivament la formació i el desenvolupament de les esquerdes i els límits de gra polgonal en soldadures de soldadura, que poden inhibir eficaçment la formació i el desenvolupament de les esquerdes calentes i els límits de gra polgonal.
2.2 Porositat
El rang de fusió d’aliatges basats en níquel és d’entre 1287 i 1446 graus i la diferència de temperatura de líquid sòlid és molt petita. El metall dipositat és viscós i té una mala fluïdesa. En les condicions de refrigeració i cristal·lització ràpida, el gas no té temps per escapar i forma porus a la soldadura.
2.3 Inclusió de les escòries
Els òxids dels aliatges de níquel i níquel pur són diferents dels de l’acer. Per exemple, el punt de fusió del ferro pur és de 1538 graus, FEO és de 1420 graus i Fe3O2 és de 1565 graus. Per tant, durant la soldadura d’acer, els òxids i el metall dels pares es fonen gairebé.
Tot i això, hi ha diferències significatives en els punts de fusió del níquel i l’òxid de níquel, com el punt de fusió del níquel pur és de 1446 graus, mentre que el punt de fusió de NIO és de 2090 graus. Es pot veure que els òxids dels aliatges de níquel es conserven de forma sòlida durant la soldadura, donant lloc a fusió incompleta i inclusions d'òxid discontinu.
2.4 Subcut
A causa de la mala fluïdesa del metall de soldadura dels aliatges basats en níquel, es pot aconseguir la profunditat de penetració requerida mitjançant una lleugera tècnica de balanceig. Tanmateix, quan es balanceja a la posició extrema de cada costat, si el temps de retenció és massa curt i no hi ha prou temps per omplir el metall de soldadura fos, provocarà un baix.
3. Punts clau del procés de soldadura
3.1 Selecció del mètode de soldadura
Per a la soldadura d’aliatges basats en níquel, es prefereix la soldadura d’arc de pal, la soldadura d’arc de tungstè de gas i la soldadura d’arc metàl·lic de gas. La soldadura d'arc submergida automàtica també es pot utilitzar per a la soldadura de les plaques gruixudes.
Molts processos de soldadura diferents són adequats per a diferents materials i aplicacions. Aquests inclouen:
Soldadura d’arc metàl·lic blindat (SMAW): També conegut com a soldadura de pal, SMAW utilitza un elèctrode consumible recobert de flux per a la soldadura.
Soldadura per arc de metall de gas (GMAW\/MIG): utilitza un filferro sòlid continuat alimentat a través de la pistola de soldadura i un gas blindant per protegir la piscina de soldadura de la contaminació.
Soldadura d’arc de tungstè de gas (GTAW\/TIG): Aquest procés utilitza un elèctrode de tungstè no consumible i un gas blindant. Si es requereix, el metall de farciment es pot alimentar per separat.
Soldadura d'arc amb flux (FCAW): similar a la soldadura MIG, el nucli del fil està ple de flux.
Soldadura d’arc submergit (SAW): Aquest procés consisteix en formar un arc entre un filferro de soldadura contínuament alimentat i la peça, submergint l’àrea de soldadura sota una capa de flux.
