9%Ni鋼以其優(you)異的(de)低溫(wen)韌性被認為是(shi)制(zhi)造低溫(wen)壓力容(rong)器(qi)的(de)優(you)良材料。焊接9%Ni鋼時(shi)可能遇到的(de)問(wen)(wen)題(ti)主要是(shi)焊接接頭的(de)低溫(wen)韌性、熱裂紋、冷(leng)裂紋、電(dian)弧磁偏吹和熔合(he)不(bu)良等。這些問(wen)(wen)題(ti)與焊接方(fang)法、焊接材料和焊接工藝有很大關系。
1. 焊接(jie)接(jie)頭的低溫韌(ren)性問題
焊接接頭的(de)低溫韌性對9%Ni鋼來說是個非常重要的(de)問題(ti)，
包括(kuo)焊縫金(jin)屬、熔合區(qu)和(he)熱影響(xiang)區(qu)三個區(qu)域(yu)，都可能發生韌性惡化。
①. 焊縫金屬
焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)低(di)(di)溫韌性(xing)與(yu)(yu)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)有關。用與(yu)(yu)母材成分相(xiang)同的(de)(de)材料(liao)(liao)時，焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)韌性(xing)很差，主要(yao)(yao)是因(yin)為焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)含(han)氧量(liang)太高。如果硅含(han)量(liang)也較(jiao)高，其韌性(xing)降低(di)(di)更大(da)。所(suo)以(yi)，只(zhi)有在(zai)TIG焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時才采用同質(zhi)(zhi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)。9%Ni鋼的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)主要(yao)(yao)采用Ni基、Fe-Ni基和(he)Ni-Cr奧氏體不銹(xiu)鋼等三種類型。Ni基和(he)Fe-Ni基焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)的(de)(de)低(di)(di)溫性(xing)能(neng)良(liang)好，線(xian)(xian)脹系(xi)數與(yu)(yu)母材相(xiang)近，但成本高，強度偏低(di)(di)。Ni13-Cr16奧氏體不銹(xiu)鋼型焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)的(de)(de)強度稍高，但低(di)(di)溫韌性(xing)較(jiao)差，線(xian)(xian)脹系(xi)數與(yu)(yu)母材相(xiang)差較(jiao)大(da)，而且易在(zai)熔(rong)合區出現脆(cui)硬組織。用同質(zhi)(zhi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)材料(liao)(liao)焊(han)(han)9%Ni鋼時，其韌性(xing)與(yu)(yu)母材相(xiang)近。
②. 熔合區
熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)的(de)低溫韌性(xing)主(zhu)要與出(chu)現(xian)脆性(xing)組(zu)(zu)織有(you)(you)關。當(dang)采用(yong)Ni13-Cr16型奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)焊(han)接9%Ni鋼(gang)時熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)既非奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，也(ye)非9%Ni鋼(gang)化(hua)學(xue)成(cheng)分。9%Ni鋼(gang)和奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)都具有(you)(you)良好的(de)韌性(xing)，但這時熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)中的(de)Cr、Mn等元(yuan)素的(de)含量(liang)都比9%Ni鋼(gang)高，碳也(ye)在熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)偏聚，其硬(ying)度為(wei)363~380HV,明(ming)顯高于焊(han)縫金屬（207HV)和熱(re)影響區(qu)(qu)(qu)（308~332HV).熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)的(de)硬(ying)度偏高的(de)位置是(shi)在焊(han)縫邊界上的(de)不(bu)完全(quan)混合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)。該區(qu)(qu)(qu)的(de)硬(ying)脆性(xing)主(zhu)要是(shi)因為(wei)形成(cheng)了有(you)(you)板條馬氏(shi)體(ti)和孿晶馬氏(shi)體(ti)組(zu)(zu)成(cheng)的(de)混合(he)(he)馬氏(shi)體(ti)所致。
③. 熱影(ying)響區
9%Ni鋼(gang)焊接時(shi)在(zai)(zai)加(jia)(jia)熱(re)(re)到(dao)(dao)700~900℃以及1250℃以上的區(qu)(qu)域，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)明顯(xian)惡化(hua)。而(er)加(jia)(jia)熱(re)(re)到(dao)(dao)1050~1250℃時(shi)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)有所(suo)回升(sheng)。在(zai)(zai)700~900℃區(qu)(qu)間加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)，由于(yu)它(ta)是處(chu)于(yu)鐵素體(ti)(ti)(ti)－奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)兩(liang)相(xiang)區(qu)(qu)，加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)生成部分高碳(tan)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，冷卻后轉(zhuan)變(bian)為(wei)島狀馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，因(yin)此很脆。在(zai)(zai)1050~1250℃區(qu)(qu)間加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)，由于(yu)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)已完成，得(de)(de)到(dao)(dao)均勻的奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，冷卻后轉(zhuan)變(bian)為(wei)低(di)碳(tan)馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，因(yin)此韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)(jiao)高。而(er)加(jia)(jia)熱(re)(re)達1350℃時(shi)，晶粒(li)粗大(da)，又可(ke)能出現上貝氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，因(yin)而(er)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)(jiao)差。而(er)在(zai)(zai)550~600℃溫(wen)度加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)，能得(de)(de)到(dao)(dao)較(jiao)(jiao)多的逆轉(zhuan)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)，因(yin)而(er)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)較(jiao)(jiao)高。此外，冷卻速度對(dui)低(di)溫(wen)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)也有影響(xiang)。冷卻速度越(yue)快，韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)越(yue)好。鋼(gang)中磷(lin)含量對(dui)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)(xing)(xing)也有影響(xiang)，當硫為(wei)0.005%時(shi)，；磷(lin)應在(zai)(zai)0.009%以下為(wei)好。
2. 焊接熱(re)裂紋
①. 弧坑(keng)裂(lie)紋
用奧氏(shi)體型(xing)焊條焊接(jie)9%Ni鋼時，大多有熱裂(lie)紋(wen)傾向，特別是打底焊和(he)定位(wei)焊中。若有夾渣(zha)，夾渣(zha)處也能產(chan)生熱裂(lie)紋(wen)。
裂(lie)紋(wen)傾向還與焊(han)(han)接(jie)位置有(you)關，橫焊(han)(han)和(he)平焊(han)(han)裂(lie)紋(wen)傾向小，而立焊(han)(han)和(he)仰焊(han)(han)裂(lie)紋(wen)傾向大。
用TH17/15TTW焊(han)接時，由于焊(han)縫(feng)(feng)中Cr/Ni之比值(zhi)小于1.48,初生相為γ相，造成硫、磷的偏(pian)析(xi)，形(xing)成較大(da)的脆性溫度(du)區間而(er)易(yi)于開裂。當采用25-20奧氏體不銹鋼焊(han)條焊(han)接時，就(jiu)不容易(yi)產生熱裂紋。這主要是焊(han)縫(feng)(feng)中有害元素硫、硅含量(liang)低，有益(yi)元素錳含量(liang)高(gao)，故熱裂紋傾向(xiang)小。鎢的加入(ru)，一般也(ye)認為有利于減小熱裂紋傾向(xiang)。
②. 液化裂(lie)紋
液化裂(lie)紋的(de)產生是由于在(zai)9%Ni鋼焊(han)縫的(de)晶界上(shang)有硫、磷等雜質元素的(de)偏析，在(zai)后續焊(han)道的(de)作(zuo)用下，晶界上(shang)的(de)低(di)熔點物質液化而形成的(de)。
③. 顯微(wei)疏松
這(zhe)種缺陷產生(sheng)主要在熔(rong)合區(qu)，一(yi)般(ban)尺(chi)寸很小(xiao)，要放大100倍以(yi)上才能(neng)看(kan)清楚。也有(you)把這(zhe)種顯微疏松叫(jiao)做折疊(die)中顯微裂(lie)(lie)紋的(de)。所(suo)謂折疊(die)，是焊(han)接(jie)中由于(yu)(yu)電弧(hu)的(de)攪動，把熔(rong)化了(le)的(de)母(mu)材(cai)帶(dai)入熔(rong)池中，但(dan)未能(neng)與熔(rong)化了(le)的(de)焊(han)條金(jin)屬(shu)(shu)混合，使兩種金(jin)屬(shu)(shu)相間存(cun)在于(yu)(yu)熔(rong)池邊(bian)緣的(de)未完全(quan)混合區(qu)。卷入的(de)母(mu)材(cai)其成(cheng)(cheng)分基本上還是9%Ni鋼(gang)的(de)成(cheng)(cheng)分。因(yin)為(wei)焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)合金(jin)元素比9%Ni鋼(gang)高得(de)多，所(suo)以(yi)其熔(rong)點(dian)也低于(yu)(yu)9%Ni鋼(gang)。因(yin)此陷入不完全(quan)熔(rong)合區(qu)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬(shu)(shu)的(de)結(jie)晶(jing)晚于(yu)(yu)熔(rong)化了(le)的(de)母(mu)材(cai)金(jin)屬(shu)(shu)，被母(mu)材(cai)金(jin)屬(shu)(shu)所(suo)包圍，似乎形成(cheng)(cheng)了(le)折疊(die)。當陷入母(mu)材(cai)金(jin)屬(shu)(shu)所(suo)包圍的(de)焊(han)縫(feng)(feng)金(jin)屬(shu)(shu)尚未完全(quan)結(jie)晶(jing)，而且受到焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)拘(ju)束應力的(de)作用，又沒有(you)液態金(jin)屬(shu)(shu)補充時，就形成(cheng)(cheng)了(le)裂(lie)(lie)紋。要消除這(zhe)種裂(lie)(lie)紋，根本的(de)辦法(fa)是減少(shao)金(jin)屬(shu)(shu)中的(de)有(you)害(hai)雜質(zhi)硫(liu)、磷等。采用正確(que)的(de)收(shou)弧(hu)技術(shu)及(ji)運條方式，也是可(ke)以(yi)避免弧(hu)坑產生(sheng)熱裂(lie)(lie)紋的(de)。
3. 焊接冷(leng)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(yi)帶磁(ci)，因此焊接(jie)9%Ni鋼時易(yi)發生(sheng)磁(ci)偏吹(chui)。解決方(fang)法：嚴禁(jin)用(yong)(yong)磁(ci)鐵(tie)；焊件(jian)長度(du)方(fang)向不要南北放(fang)，以(yi)免(mian)與地磁(ci)同向；要盡量(liang)用(yong)(yong)交流電源焊接(jie)，避免(mian)用(yong)(yong)大電流的(de)碳(tan)弧(hu)氣刨(bao)清根(gen)。
5. 熔(rong)合不良
用(yong)高Ni焊條（如(ru)Ni70)進行焊接時，由于(yu)其與母材熔點相(xiang)差(cha)太大，易造成(cheng)熔合(he)不良。這(zhe)要(yao)在(zai)操(cao)作上改(gai)善運(yun)條方式加(jia)以克服。
