Свариваемость стали с никелем и его сплавами

При изготовлении аппаратов в химическом и нефтяном машиностроении возникает необходимость сваривать никель с низкоуглеродистой, а также с аустенитными хромоникелевыми сталями. Для сопоставления и анализа ниже приведены химико-физические свойства никеля и железа:

Как видим, никель ближе к железу, чем медь, в особенности по кристаллохимическим свойствам. Поэтому никель и железо образуют взаимные растворы неограниченной растворимости и не склонны создавать интерметаллические соединения или диффузионные прослойки в зоне сплавления.

Проблемой свариваемости никеля со сталью является чувствительность железоникелевых швов к пористости и к образованию кристаллизационных трещин.

Установлено, что максимальной склонностью к образованию пор обладают швы, содержащие 30—60% Ni, при использовании сварочных материалов с повышенной окислительной способностью. Следовательно, причиной пористости можно считать кислород, попадающий в сварочную ванну. В момент кристаллизации изменения в растворимости кислорода весьма значительны, образующиеся же оксиды углерода и пары воды, не успевая полностью удалиться из металла, приводят к пористости.

Повышенная чувствительность железоникелевых швов к кристаллизационным трещинам связана с присутствием в металле шва S, Р и O₂. При этом чем больше никеля в швах, тем сильнее проявляется отрицательное действие серы и фосфора, так как образуемые ими эвтектики с никелем более легкоплавки, чем с железом. Кислород же, как полагают, способен изменять состав и свойства межкристаллитных прослоек, усиливая вредное действие серы.

Помимо вредного влияния серы, фосфора и кислорода, склонность железоникелевых швов к кристаллизационным трещинам связана с их грубым, транскристаллитным строением однофазной аус-тенитной структуры.

Получению плотных и стойких против кристаллизационных трещин швов при сварке никеля со сталью способствует снижение содержания никеля в швах до 30%, применение сварочных материалов, лишенных окислительной способности, с минимальным содержанием серы и фосфора. Весьма благоприятно влияет одновременное внесение в сварочную ванну раскислителей и модификаторов (например, Mn, Сr, Al, Ti), а также элементов с повышенной энергией активации (например, Мо). Эти металлургические средства воздействия дополняют рядом технологических мероприятий — тщательной подготовкой сварочных материалов и основного металла, в некоторых случаях уменьшением проплавления стальной составляющей и др.