Сварка никеля (стр. 3 из 5)

Примером диффузионной сварки изделий из никеля может служить изготовление керна оксидного катода водородного тиратрона, как показано на рисунке.

Диффузионную сварку электротехнических никелевых сплавов типа монель и константан проводят в многоместных приспособлениях, обеспечивающих сварочное давление за счёт различия в коэффициентах линейного расширения свариваемых металлов и металла оправки. Стяжные болты обычно изготавливают из молибдена. Режимы сварки электротехнических сплавов незначительно отличаются от режимов сварки никеля, что обусловлено разницей в их физико-механических свойствах. Например, введение меди приводит к снижению сопротивления металла деформированию, к интенсификации диффузионных и рекристаллизационных процессов и к снижению температуры сварки до 1 173 К.

Материал	DIN	Шифр	Тип	Химический состав % (по массе)										Применение
				Ni	Cu	Fe	Ai	Ti	Cr	Mo	Mn	Si	ост
Никель	17740	2.40502.40602.4068	-	99,0-99,8	-	-	-	-	-	-	-	-	-	Химические аппараты, детали ламп накаливания и электронных трубок
Никелемедные сплавы	17743	2.43602.4866	МонельК-монель	>63>63	28-3428-34	1,0-2,51,0-2,0	2-4	0,3-1,0-	--	--	--	--	--	Химические аппараты, коррозионно-опасные детали конструкций (К-монель закаливаема)
Никеле-хроможелезистые сплавы	17742	2.4816	Ин-конель	>72	-	6-10	-	-	14-17	-	-	-	-	Жаро- и огнестойкие детали, химические аппараты
Никеле хромовые сплавы	-	-	Нимоник	Ост	-	7-5	-	-	18-21	-	1	1	0-23-со	Химические аппараты
Никеле молибденовые и никеле хромомолибденовые сплавы	17744	2.4810	Хастелой В Хастелой С	>62>52	--	4-74-7	--	--	-14-18	26-3015-18	--	--	3-5w	Химические аппараты при коррозии под напряжением

Влияние легирующих элементов на свариваемость сплавов.

Чистый никель не представляет трудностей при сварке, так как при его нагреве или охлаждении не происходит аллотропических превращений. Для электрического никеля уже даже следы примесей, которые создают с никелем легкоплавкие эвтектики (сера, кислород), могут приводить к тонким продольным трещинам в зоне термического влияния.

Главные легирующие элементы.

Медь. Медь создаёт с никелем непрерывный ряд твёрдых растворов. Оба металла образуют кубическую гранецентрированную решётку, имеют похожие атомные радиусы и постоянные решётки и находятся в периодической системе элементов рядом друг с другом (под камерами 28 и 29). Медь, которую добавляют в количестве от 15 до 40% (монель), не создаёт трудностей при сварке. Имеются также сплавы Cu - Ni, в которых медь является основным элементом (70/30 и 90/10) и которые при сварке ведут себя подобным образом. При сварке монеля следует учитывать ликвацию кристаллов, из-за чего может ухудшиться коррозийная стойкость. В этом случае рекомендуют последующую термообработку.

Если добавить алюминий в дисперсионно-твердеющий сплав (монель), то возникает, как для большинства стареющих сплавов, проблема снижения прочности.

Хром. Хром образует с никелем однофазные сплавы из твёрдых растворов с очень узким интервалом кристаллизации. Хром, как таковой, при сварке влияет, по-видимому, благоприятно. Однако при взаимодействии с другими элементами, прежде всего с кремнием, он способствует повышению склонности к образованию горячих трещин. Его высокое сродство с кислородом и азотом, с которыми он образует стабильные соединения, уменьшает возникновение пор. В присадочных материалах можно поэтому в присутствии хрома вообще отказаться от других элементов, связывающих газы. При сварке инконеля 625 и 718 руководствуются работой [101]. Речь идёт о высокожаропрочных супер сплавах [95].

Железо. Железо вводят для улучшения свойств никелевых сплавов. Трудности при сварке создаёт не само железо, а вносимые вместе с ним примеси, такие как сера, фосфор и кислород. В присутствии железа содержание углерода не должно превышать 0,1%.

Кобальт. Небольшое содержание кобальта (несколько десятых процента) не оказывает влияния на процесс сварки. Относительно его влияния, при более высоком содержании, на улучшение жаропрочности сплавов достаточных сведений пока не имеется. Вероятно, оно мало, если не происходят, как при наличии хрома и железа, вторичные явления в присутствии других элементов.

Молибден. Обычно содержание молибдена так высоко (хастеллой), что сплав может лежать в гетерогенной, а также в двухфазной области. Бинарные никелемолибденовые сплавы чувствительны к горячим трещинам. При отжиге сплавов Ni – CrMo при температуре 600 - 950°С происходят выделения по границам по границам зёрен, которые снижают коррозийную стойкость. Если эти явления происходят при сварке в зоне термического влияния, то необходимо проводить последующую термообработку (диффузионный отжиг при температуре > 1 150°С с последующей закалкой). При сварке NiMo 28 и NiMo 16 Cr 16 Ti руководствуются работой [73].

Второстепенные легирующие добавки.

Углерод. Обычное содержание углерода 0,01 – 0,15%. Трудности возникают только в области повышенных температур. Свободный углерод (в случае его наличия) переходит в зоне термического влияния в раствор и приводит, при быстром охлаждении, к образованию твёрдого раствора, пересыщенного углеродом. В интервале температур 315 - 760°С по границам зёрен затем выделяется графит, который ослабляет тонкую структуру, что может привести к местным трещинам или даже к разрушению детали. Вспомогательные мероприятия: С < 0,02% или стабилизация титаном.

В присутствии меди растворимость углерода при высоких температурах так сильно возрастает, что не происходит охрупчивания даже при его содержании до 0,2%. Только в том случае, если при сварке железо поглощается из основного металла, может произойти горячее растрескивание. Мероприятия: снижение С до < 0,1%.

В присутствии хрома, если только имеется немного таких стабилизаторов, как титан или ниобий, может произойти образование карбидов хрома и при этом местное обеднение хрома. Коррозийная стойкость, однако (в противоположность аналогичным явлениям в аустенитных сталях), ухудшается только в особо агрессивных средах. Соединение Ni

С существует только при температуре > 1 500°С и является очень нестойким.

Марганец. Обычное его содержание до 1%. Марганец практически не оказывает влияния на сварку. Посредством образования тугоплавкого сульфида марганца можно устранить вредное влияние серы.

Магний. Он, как и марганец, образует тугоплавкий сульфид. Вследствие низкой точки кипения (1 120°С) магний, содержащийся в присадочном материале, при дуговой сварке почти полностью испаряется, так что этот эффект нельзя использовать в наплавленном металле.

Наличие магния препятствует горячему растрескиванию в зоне термического влияния, вызываемому малым содержанием серы. Можно исключить вредное влияние серы на качество сварного шва введением таких элементов, как марганец, ниобий титан, алюминий, которые являются малолетучими и поэтому лучше переходят затем в наплавленный металл.

При газовой или WIG – сварке магний, наоборот, может успешно выполнить свою задачу, так как капли расплавленного присадочного материала не могут перемещаться в месте воздействия дуги.

Ниобий. Его добавляют в богатые никелем сплавы, чтобы противодействовать вредному влиянию кремния; требуемое количество зависит от соотношения никель – железо.

Кремний. Обычное содержание 0,1 – 4%. В большинстве сплавов кремний повышает склонность к образования горячих трещин, прежде всего при одновременном присутствии меди или хрома. Важную роль играет также выбранный способ сварки. Склонность к горячим трещинам особенно велика в наплавленном металле и меньше в зоне термического влияния. При наплавке возникает опасность горячих трещин, потому что кремний переходит из основного металла в наплавленный. Кремний способствует раскислению металла сварочной ванны.

Цирконий. Добавка циркония всего в десятые доли процента приводит к гетерогенной фазе, которая сильно повышает склонность сплава к горячим трещинам. По-видимому, это приводит к этентической реакции при температуре 1 090 – 1 150°С. Образование трещин происходит как в наплавленном металле, так и в зоне термического влияния. Никеле циркониевые сплавы считают, поэтому, не свариваемыми. Относительно соединений с помощью холодной и диффузионной сварок в настоящее время данные отсутствуют.

Алюминий. Его следует рассматривать, как сопутствующий полезный элемент за его воздействие как средство раскисления и как элемента, сопутствующего дисперсионному твердению.

При высоком содержании он, однако, повышает чувствительность к горячим трещинам, так как пороговое значение чувствительности зависит, как и для кремния, от присутствия других легирующих элементов. Опасность трещин возникает в наплавленном металле и меньше в зоне термического влияния. Допустимое содержание алюминия часто выше, чем в соответствующих случаях для кремния. Алюминий содержится в сварочных присадочных материалах, которые применяют для сварки дисперсионно твердеющих никелевых сплавов.