9%Ni鋼以其優異的低溫(wen)韌性被認為是制(zhi)造低溫(wen)壓力容器的優良材料。焊接9%Ni鋼時可能遇到(dao)的問題(ti)主要是焊接接頭的低溫(wen)韌性、熱裂(lie)紋(wen)、冷(leng)裂(lie)紋(wen)、電(dian)弧磁偏吹(chui)和熔合不良等。這(zhe)些問題(ti)與(yu)焊接方法、焊接材料和焊接工(gong)藝有很大關系。
1. 焊接接頭的低溫韌性問(wen)題
焊接接頭的(de)低(di)溫韌性(xing)對9%Ni鋼來(lai)說是(shi)個非常重要的(de)問(wen)題，
包(bao)括焊(han)縫金屬、熔(rong)合(he)區和熱影響區三個區域(yu)，都可能發生韌性(xing)惡化。
①. 焊縫(feng)金屬
焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的(de)低溫(wen)韌(ren)(ren)性(xing)與(yu)(yu)(yu)(yu)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)有(you)關。用與(yu)(yu)(yu)(yu)母(mu)材(cai)(cai)成(cheng)分相(xiang)同的(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)時，焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的(de)韌(ren)(ren)性(xing)很(hen)差(cha)，主要是因為焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的(de)含氧(yang)量(liang)太高(gao)。如(ru)果硅含量(liang)也(ye)較(jiao)高(gao)，其韌(ren)(ren)性(xing)降(jiang)低更(geng)大。所以(yi)，只有(you)在(zai)TIG焊(han)(han)(han)接時才采用同質(zhi)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)。9%Ni鋼的(de)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要采用Ni基(ji)、Fe-Ni基(ji)和Ni-Cr奧(ao)氏體不銹鋼等三(san)種類型。Ni基(ji)和Fe-Ni基(ji)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)低溫(wen)性(xing)能良好，線脹(zhang)系(xi)數與(yu)(yu)(yu)(yu)母(mu)材(cai)(cai)相(xiang)近，但(dan)(dan)成(cheng)本高(gao)，強度(du)偏低。Ni13-Cr16奧(ao)氏體不銹鋼型焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)強度(du)稍(shao)高(gao)，但(dan)(dan)低溫(wen)韌(ren)(ren)性(xing)較(jiao)差(cha)，線脹(zhang)系(xi)數與(yu)(yu)(yu)(yu)母(mu)材(cai)(cai)相(xiang)差(cha)較(jiao)大，而且(qie)易(yi)在(zai)熔(rong)合區出現脆(cui)硬組(zu)織(zhi)。用同質(zhi)焊(han)(han)(han)接材(cai)(cai)料(liao)(liao)焊(han)(han)(han)9%Ni鋼時，其韌(ren)(ren)性(xing)與(yu)(yu)(yu)(yu)母(mu)材(cai)(cai)相(xiang)近。
②. 熔合區
熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)的(de)低溫(wen)韌性主(zhu)要(yao)與出現(xian)脆性組織有關。當采(cai)用Ni13-Cr16型奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接9%Ni鋼時(shi)熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)既(ji)非奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼，也(ye)非9%Ni鋼化學成分。9%Ni鋼和(he)(he)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼都具(ju)有良好的(de)韌性，但這(zhe)時(shi)熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)中的(de)Cr、Mn等元(yuan)素的(de)含量都比9%Ni鋼高，碳也(ye)在(zai)熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)偏(pian)聚，其硬度為363~380HV,明(ming)顯高于焊(han)縫金屬（207HV)和(he)(he)熱影響區(qu)(qu)（308~332HV).熔(rong)(rong)合(he)(he)區(qu)(qu)的(de)硬度偏(pian)高的(de)位置是在(zai)焊(han)縫邊(bian)界上(shang)的(de)不(bu)(bu)完(wan)全混合(he)(he)區(qu)(qu)。該區(qu)(qu)的(de)硬脆性主(zhu)要(yao)是因為形成了有板條馬氏(shi)(shi)體(ti)和(he)(he)孿(luan)晶馬氏(shi)(shi)體(ti)組成的(de)混合(he)(he)馬氏(shi)(shi)體(ti)所致。
③. 熱影響(xiang)區
9%Ni鋼焊接時(shi)(shi)(shi)在加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)到700~900℃以及1250℃以上的(de)區(qu)(qu)域(yu)，其韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)明(ming)顯(xian)惡化。而(er)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)到1050~1250℃時(shi)(shi)(shi)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)有(you)所(suo)回升。在700~900℃區(qu)(qu)間加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，由于它是(shi)處于鐵素體(ti)(ti)(ti)－奧氏體(ti)(ti)(ti)兩(liang)相區(qu)(qu)，加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)生(sheng)成部分高(gao)碳(tan)(tan)奧氏體(ti)(ti)(ti)，冷(leng)卻后(hou)轉(zhuan)變為(wei)島狀馬氏體(ti)(ti)(ti)，因此(ci)很(hen)脆。在1050~1250℃區(qu)(qu)間加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，由于奧氏體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變已完成，得到均勻的(de)奧氏體(ti)(ti)(ti)，冷(leng)卻后(hou)轉(zhuan)變為(wei)低碳(tan)(tan)馬氏體(ti)(ti)(ti)，因此(ci)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)較(jiao)高(gao)。而(er)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)達1350℃時(shi)(shi)(shi)，晶粒粗大，又可能出現(xian)上貝氏體(ti)(ti)(ti)，因而(er)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)較(jiao)差。而(er)在550~600℃溫度(du)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，能得到較(jiao)多的(de)逆轉(zhuan)奧氏體(ti)(ti)(ti)，因而(er)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)較(jiao)高(gao)。此(ci)外，冷(leng)卻速(su)度(du)對低溫韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)也(ye)有(you)影響。冷(leng)卻速(su)度(du)越(yue)快，韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)越(yue)好。鋼中磷含(han)量對韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)也(ye)有(you)影響，當(dang)硫為(wei)0.005%時(shi)(shi)(shi)，；磷應在0.009%以下(xia)為(wei)好。
2. 焊接(jie)熱(re)裂紋
①. 弧坑裂紋(wen)
用奧氏(shi)體型焊條(tiao)焊接9%Ni鋼(gang)時，大多(duo)有(you)熱(re)裂紋(wen)傾向，特別(bie)是打底焊和定(ding)位(wei)焊中(zhong)。若(ruo)有(you)夾渣，夾渣處也能產生熱(re)裂紋(wen)。
裂(lie)紋傾(qing)向(xiang)還(huan)與焊(han)接位置(zhi)有關，橫焊(han)和平焊(han)裂(lie)紋傾(qing)向(xiang)小，而立焊(han)和仰焊(han)裂(lie)紋傾(qing)向(xiang)大。
用TH17/15TTW焊(han)(han)接時(shi)，由(you)于(yu)焊(han)(han)縫(feng)中Cr/Ni之比值小于(yu)1.48,初生(sheng)相(xiang)為(wei)γ相(xiang)，造(zao)成硫(liu)、磷的(de)偏析，形(xing)成較(jiao)大的(de)脆性溫度區(qu)間(jian)而易于(yu)開裂。當采用25-20奧氏體不銹(xiu)鋼焊(han)(han)條(tiao)焊(han)(han)接時(shi)，就不容易產生(sheng)熱裂紋。這主(zhu)要是焊(han)(han)縫(feng)中有害(hai)元素硫(liu)、硅含量低(di)，有益元素錳含量高(gao)，故(gu)熱裂紋傾(qing)(qing)向(xiang)小。鎢的(de)加入，一般也認(ren)為(wei)有利于(yu)減小熱裂紋傾(qing)(qing)向(xiang)。
②. 液(ye)化(hua)裂紋
液化(hua)裂紋的(de)(de)產(chan)生(sheng)是(shi)由于(yu)在9%Ni鋼(gang)焊(han)縫的(de)(de)晶界(jie)(jie)上有硫、磷等雜質元素的(de)(de)偏(pian)析，在后續焊(han)道的(de)(de)作用(yong)下，晶界(jie)(jie)上的(de)(de)低(di)熔點物質液化(hua)而形(xing)成(cheng)的(de)(de)。
③. 顯微(wei)疏松(song)
這(zhe)種(zhong)(zhong)缺陷(xian)產(chan)生主要在熔(rong)(rong)(rong)合(he)區，一般尺寸(cun)很小，要放大100倍以上才能看(kan)清楚。也有(you)把這(zhe)種(zhong)(zhong)顯微疏(shu)松叫做折疊中(zhong)(zhong)顯微裂紋的(de)。所(suo)謂(wei)折疊，是(shi)焊接中(zhong)(zhong)由(you)于(yu)電弧的(de)攪動，把熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)了(le)的(de)母材(cai)帶(dai)入(ru)熔(rong)(rong)(rong)池中(zhong)(zhong)，但未(wei)能與熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)了(le)的(de)焊條(tiao)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)混(hun)合(he)，使兩種(zhong)(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)相(xiang)間存(cun)在于(yu)熔(rong)(rong)(rong)池邊(bian)緣的(de)未(wei)完全混(hun)合(he)區。卷入(ru)的(de)母材(cai)其成(cheng)分基本(ben)上還是(shi)9%Ni鋼(gang)的(de)成(cheng)分。因為焊縫金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)合(he)金(jin)(jin)元素(su)比9%Ni鋼(gang)高得多，所(suo)以其熔(rong)(rong)(rong)點也低于(yu)9%Ni鋼(gang)。因此陷(xian)入(ru)不完全熔(rong)(rong)(rong)合(he)區的(de)焊縫金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)的(de)結(jie)晶(jing)晚于(yu)熔(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)了(le)的(de)母材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)，被母材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)所(suo)包(bao)圍，似乎形成(cheng)了(le)折疊。當陷(xian)入(ru)母材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)所(suo)包(bao)圍的(de)焊縫金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)尚(shang)未(wei)完全結(jie)晶(jing)，而且受到焊接接頭拘(ju)束應力的(de)作用，又沒有(you)液態(tai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)補充時，就形成(cheng)了(le)裂紋。要消除這(zhe)種(zhong)(zhong)裂紋，根(gen)本(ben)的(de)辦(ban)法是(shi)減(jian)少金(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)中(zhong)(zhong)的(de)有(you)害雜(za)質硫(liu)、磷等。采用正確的(de)收(shou)弧技術及運(yun)條(tiao)方式，也是(shi)可以避免弧坑產(chan)生熱裂紋的(de)。
3. 焊接冷裂紋
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(hu)的磁偏吹
9%Ni鋼(gang)易帶磁，因此焊(han)(han)接9%Ni鋼(gang)時(shi)易發生磁偏吹(chui)。解(jie)決方法：嚴禁用(yong)(yong)磁鐵；焊(han)(han)件長度方向(xiang)不要(yao)南北放，以免(mian)與(yu)地磁同向(xiang)；要(yao)盡(jin)量用(yong)(yong)交(jiao)流電源焊(han)(han)接，避免(mian)用(yong)(yong)大電流的碳弧氣刨(bao)清根。
5. 熔合不良
用高Ni焊(han)條(tiao)(tiao)（如Ni70)進行焊(han)接時，由于其與母材熔(rong)點相差太大，易造成熔(rong)合(he)不良。這要在操作(zuo)上(shang)改善運條(tiao)(tiao)方式加以克服。
