9%Ni鋼以其優(you)異的低(di)溫韌(ren)性被認為(wei)是制造(zao)低(di)溫壓(ya)力容(rong)器的優(you)良材(cai)(cai)料。焊(han)接9%Ni鋼時可能遇到的問題(ti)主要是焊(han)接接頭(tou)的低(di)溫韌(ren)性、熱裂(lie)紋(wen)、冷裂(lie)紋(wen)、電(dian)弧(hu)磁偏吹和熔合不良等。這些(xie)問題(ti)與(yu)焊(han)接方(fang)法(fa)、焊(han)接材(cai)(cai)料和焊(han)接工(gong)藝有很(hen)大關(guan)系。
1. 焊接接頭的(de)低溫韌(ren)性問題
焊接接頭的(de)低(di)溫(wen)韌性(xing)對9%Ni鋼來(lai)說是個非常重要的(de)問題，
包括焊(han)縫金屬、熔合區(qu)(qu)和(he)熱(re)影響區(qu)(qu)三(san)個區(qu)(qu)域，都(dou)可能發(fa)生韌性惡化。
①. 焊縫金屬
焊(han)(han)縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)低溫(wen)(wen)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)與(yu)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)有(you)關。用(yong)(yong)與(yu)母材(cai)(cai)成(cheng)分(fen)相(xiang)同的(de)材(cai)(cai)料(liao)時(shi)，焊(han)(han)縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)很差，主(zhu)要是因為焊(han)(han)縫金(jin)(jin)(jin)屬(shu)的(de)含(han)氧量太高。如果硅含(han)量也較(jiao)高，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)降(jiang)低更大(da)。所以，只有(you)在(zai)TIG焊(han)(han)接時(shi)才采用(yong)(yong)同質焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)。9%Ni鋼(gang)的(de)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)主(zhu)要采用(yong)(yong)Ni基(ji)、Fe-Ni基(ji)和Ni-Cr奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)等三種(zhong)類型。Ni基(ji)和Fe-Ni基(ji)焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)低溫(wen)(wen)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)良好(hao)，線脹系數(shu)與(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近(jin)，但成(cheng)本高，強度偏低。Ni13-Cr16奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)型焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)的(de)強度稍(shao)高，但低溫(wen)(wen)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)差，線脹系數(shu)與(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)差較(jiao)大(da)，而且易在(zai)熔合區出(chu)現脆硬(ying)組織(zhi)。用(yong)(yong)同質焊(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)焊(han)(han)9%Ni鋼(gang)時(shi)，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)與(yu)母材(cai)(cai)相(xiang)近(jin)。
②. 熔合區
熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)的(de)(de)低溫韌性(xing)主要(yao)與出(chu)現脆(cui)性(xing)組織有(you)(you)關(guan)。當采用(yong)Ni13-Cr16型奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)焊接9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)時熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)既非奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)，也非9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)化學(xue)成分。9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)和奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)都具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)韌性(xing)，但這時熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)中的(de)(de)Cr、Mn等元素的(de)(de)含量(liang)都比9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)高，碳也在熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)偏聚(ju)，其硬(ying)度為(wei)(wei)363~380HV,明顯高于(yu)焊縫金屬（207HV)和熱(re)影響區(qu)（308~332HV).熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)的(de)(de)硬(ying)度偏高的(de)(de)位置是在焊縫邊界上的(de)(de)不完全混(hun)合(he)(he)區(qu)。該區(qu)的(de)(de)硬(ying)脆(cui)性(xing)主要(yao)是因(yin)為(wei)(wei)形成了有(you)(you)板條馬(ma)氏(shi)體(ti)和孿晶馬(ma)氏(shi)體(ti)組成的(de)(de)混(hun)合(he)(he)馬(ma)氏(shi)體(ti)所(suo)致。
③. 熱影響區
9%Ni鋼焊接時(shi)在(zai)加(jia)熱(re)到(dao)700~900℃以(yi)及1250℃以(yi)上的區域，其韌(ren)(ren)(ren)性明顯惡化。而(er)加(jia)熱(re)到(dao)1050~1250℃時(shi)韌(ren)(ren)(ren)性有所回升。在(zai)700~900℃區間加(jia)熱(re)時(shi)，由于它是處于鐵素(su)體－奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體兩相區，加(jia)熱(re)時(shi)生(sheng)成部(bu)分高(gao)碳(tan)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體，冷卻后(hou)轉變為(wei)(wei)島狀馬氏(shi)(shi)(shi)體，因此很脆。在(zai)1050~1250℃區間加(jia)熱(re)時(shi)，由于奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體轉變已完成，得(de)到(dao)均勻的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體，冷卻后(hou)轉變為(wei)(wei)低碳(tan)馬氏(shi)(shi)(shi)體，因此韌(ren)(ren)(ren)性較(jiao)(jiao)高(gao)。而(er)加(jia)熱(re)達(da)1350℃時(shi)，晶粒(li)粗(cu)大，又可能(neng)出現上貝氏(shi)(shi)(shi)體，因而(er)韌(ren)(ren)(ren)性較(jiao)(jiao)差(cha)。而(er)在(zai)550~600℃溫度(du)加(jia)熱(re)時(shi)，能(neng)得(de)到(dao)較(jiao)(jiao)多的逆轉奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體，因而(er)韌(ren)(ren)(ren)性較(jiao)(jiao)高(gao)。此外，冷卻速度(du)對(dui)低溫韌(ren)(ren)(ren)性也(ye)有影(ying)響。冷卻速度(du)越快，韌(ren)(ren)(ren)性越好。鋼中磷含量對(dui)韌(ren)(ren)(ren)性也(ye)有影(ying)響，當硫為(wei)(wei)0.005%時(shi)，；磷應在(zai)0.009%以(yi)下為(wei)(wei)好。
2. 焊接(jie)熱(re)裂紋
①. 弧坑裂紋
用(yong)奧氏體型焊條焊接(jie)9%Ni鋼(gang)時，大(da)多有熱裂(lie)紋傾向(xiang)，特別是打底焊和定位焊中。若有夾(jia)渣，夾(jia)渣處也能產生熱裂(lie)紋。
裂(lie)紋傾(qing)向還與焊(han)(han)(han)(han)接位置有關，橫焊(han)(han)(han)(han)和平(ping)焊(han)(han)(han)(han)裂(lie)紋傾(qing)向小，而(er)立焊(han)(han)(han)(han)和仰焊(han)(han)(han)(han)裂(lie)紋傾(qing)向大。
用TH17/15TTW焊接時，由于(yu)焊縫(feng)中(zhong)Cr/Ni之比值(zhi)小(xiao)于(yu)1.48,初生相(xiang)為(wei)γ相(xiang)，造成硫、磷的偏析，形成較(jiao)大的脆性溫度區間而易于(yu)開裂(lie)。當采(cai)用25-20奧氏體不銹(xiu)鋼焊條焊接時，就不容易產生熱(re)裂(lie)紋。這主要(yao)是焊縫(feng)中(zhong)有(you)害元素硫、硅含量低，有(you)益(yi)元素錳(meng)含量高，故(gu)熱(re)裂(lie)紋傾向(xiang)小(xiao)。鎢的加入，一般也認為(wei)有(you)利(li)于(yu)減(jian)小(xiao)熱(re)裂(lie)紋傾向(xiang)。
②. 液化裂紋
液(ye)化(hua)裂(lie)紋的(de)(de)產生是由(you)于在9%Ni鋼焊縫(feng)的(de)(de)晶界(jie)上有硫、磷(lin)等(deng)雜質(zhi)元素(su)的(de)(de)偏析，在后續焊道的(de)(de)作用下，晶界(jie)上的(de)(de)低熔點物(wu)質(zhi)液(ye)化(hua)而形成的(de)(de)。
③. 顯微疏松
這種缺陷產生(sheng)主要在熔(rong)(rong)合(he)(he)區，一般尺(chi)寸(cun)很小，要放大100倍以上(shang)才能(neng)看(kan)清楚。也(ye)有把(ba)這種顯微(wei)疏松叫做折疊(die)(die)中顯微(wei)裂(lie)紋的(de)。所謂折疊(die)(die)，是焊接中由(you)于電(dian)弧(hu)的(de)攪動，把(ba)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)了的(de)母材(cai)(cai)帶入(ru)熔(rong)(rong)池中，但(dan)未(wei)能(neng)與(yu)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)了的(de)焊條金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)混合(he)(he)，使兩(liang)種金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)相間存(cun)在于熔(rong)(rong)池邊(bian)緣(yuan)的(de)未(wei)完(wan)全混合(he)(he)區。卷入(ru)的(de)母材(cai)(cai)其(qi)成(cheng)(cheng)(cheng)分基本上(shang)還是9%Ni鋼的(de)成(cheng)(cheng)(cheng)分。因為焊縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)元素比9%Ni鋼高得多，所以其(qi)熔(rong)(rong)點(dian)也(ye)低于9%Ni鋼。因此陷入(ru)不完(wan)全熔(rong)(rong)合(he)(he)區的(de)焊縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)結(jie)晶晚于熔(rong)(rong)化(hua)(hua)了的(de)母材(cai)(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)，被(bei)母材(cai)(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)所包(bao)圍，似乎形成(cheng)(cheng)(cheng)了折疊(die)(die)。當陷入(ru)母材(cai)(cai)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)所包(bao)圍的(de)焊縫金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)尚(shang)未(wei)完(wan)全結(jie)晶，而且受到焊接接頭拘(ju)束應(ying)力的(de)作(zuo)用(yong)，又沒有液態金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)補充時，就形成(cheng)(cheng)(cheng)了裂(lie)紋。要消除這種裂(lie)紋，根本的(de)辦法是減少(shao)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)中的(de)有害雜質硫、磷等。采用(yong)正(zheng)確(que)的(de)收弧(hu)技術及運(yun)條方式，也(ye)是可(ke)以避免(mian)弧(hu)坑產生(sheng)熱裂(lie)紋的(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. 電弧(hu)的磁偏吹
9%Ni鋼易(yi)帶磁(ci)，因此焊(han)接9%Ni鋼時易(yi)發生(sheng)磁(ci)偏(pian)吹(chui)。解(jie)決方法：嚴禁用(yong)(yong)磁(ci)鐵(tie)；焊(han)件長度(du)方向不要(yao)南北放，以免與地磁(ci)同向；要(yao)盡量(liang)用(yong)(yong)交流電源(yuan)焊(han)接，避免用(yong)(yong)大電流的碳(tan)弧氣刨清根(gen)。
5. 熔合不良
用高Ni焊條（如Ni70)進行焊接時(shi)，由于其與母材熔(rong)點(dian)相差太大，易造(zao)成熔(rong)合不良。這要(yao)在操(cao)作(zuo)上改善運條方式加以(yi)克服(fu)。
