9%Ni鋼(gang)以其優異(yi)的(de)低(di)溫韌性(xing)被認(ren)為是(shi)制造低(di)溫壓(ya)力容器(qi)的(de)優良材料。焊(han)(han)接(jie)9%Ni鋼(gang)時可能遇(yu)到的(de)問題(ti)主要(yao)是(shi)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)的(de)低(di)溫韌性(xing)、熱裂(lie)紋、冷裂(lie)紋、電(dian)弧磁偏吹(chui)和(he)熔合不(bu)良等。這些問題(ti)與焊(han)(han)接(jie)方法、焊(han)(han)接(jie)材料和(he)焊(han)(han)接(jie)工藝有很大關系。
1. 焊(han)接接頭的低溫韌性問題
焊接接頭的低溫韌(ren)性對9%Ni鋼來說是個非常重要的問(wen)題，
包括焊縫金屬(shu)、熔合區和熱影響區三個區域(yu)，都可能發生韌性惡化(hua)。
①. 焊(han)縫金屬(shu)
焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)低(di)溫韌(ren)(ren)性(xing)(xing)與(yu)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料有(you)關。用(yong)(yong)與(yu)母材(cai)(cai)(cai)成(cheng)分相同(tong)的(de)材(cai)(cai)(cai)料時，焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)韌(ren)(ren)性(xing)(xing)很差，主要是因(yin)為(wei)焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)含氧量太高。如果硅含量也較高，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)降(jiang)低(di)更(geng)大(da)。所以，只有(you)在TIG焊(han)接(jie)(jie)時才采(cai)用(yong)(yong)同(tong)質焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料。9%Ni鋼(gang)的(de)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料主要采(cai)用(yong)(yong)Ni基(ji)、Fe-Ni基(ji)和Ni-Cr奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)等(deng)三(san)種(zhong)類型。Ni基(ji)和Fe-Ni基(ji)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料的(de)低(di)溫性(xing)(xing)能良好，線脹(zhang)系數(shu)(shu)與(yu)母材(cai)(cai)(cai)相近，但成(cheng)本(ben)高，強(qiang)度偏低(di)。Ni13-Cr16奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)型焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料的(de)強(qiang)度稍高，但低(di)溫韌(ren)(ren)性(xing)(xing)較差，線脹(zhang)系數(shu)(shu)與(yu)母材(cai)(cai)(cai)相差較大(da)，而且(qie)易(yi)在熔合(he)區出現(xian)脆硬組織。用(yong)(yong)同(tong)質焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)(cai)料焊(han)9%Ni鋼(gang)時，其韌(ren)(ren)性(xing)(xing)與(yu)母材(cai)(cai)(cai)相近。
②. 熔合(he)區(qu)
熔合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的低溫韌(ren)性(xing)主(zhu)要(yao)與出現脆性(xing)組織有(you)關。當采用Ni13-Cr16型奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼焊接9%Ni鋼時熔合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)既非(fei)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼，也非(fei)9%Ni鋼化學成分。9%Ni鋼和(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼都具有(you)良好的韌(ren)性(xing)，但這時熔合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)中的Cr、Mn等元素的含(han)量都比(bi)9%Ni鋼高，碳也在(zai)熔合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)偏聚，其硬(ying)度為(wei)(wei)363~380HV,明顯高于焊縫金屬(shu)（207HV)和(he)(he)熱影(ying)響區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)（308~332HV).熔合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的硬(ying)度偏高的位置是(shi)在(zai)焊縫邊界上的不完全混合(he)(he)區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)。該區(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)的硬(ying)脆性(xing)主(zhu)要(yao)是(shi)因為(wei)(wei)形成了有(you)板條(tiao)馬氏(shi)體(ti)和(he)(he)孿(luan)晶馬氏(shi)體(ti)組成的混合(he)(he)馬氏(shi)體(ti)所(suo)致。
③. 熱影(ying)響區
9%Ni鋼焊接時(shi)(shi)(shi)在加(jia)熱(re)(re)(re)到700~900℃以及1250℃以上的區(qu)(qu)域，其韌(ren)性明顯惡化。而加(jia)熱(re)(re)(re)到1050~1250℃時(shi)(shi)(shi)韌(ren)性有所回(hui)升。在700~900℃區(qu)(qu)間(jian)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，由于它是處于鐵(tie)素體(ti)(ti)－奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)兩相區(qu)(qu)，加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)生(sheng)成(cheng)部分高碳奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，冷卻(que)后(hou)轉(zhuan)變為(wei)(wei)島(dao)狀馬氏(shi)體(ti)(ti)，因(yin)(yin)此(ci)(ci)很脆(cui)。在1050~1250℃區(qu)(qu)間(jian)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，由于奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)轉(zhuan)變已(yi)完成(cheng)，得到均(jun)勻的奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，冷卻(que)后(hou)轉(zhuan)變為(wei)(wei)低碳馬氏(shi)體(ti)(ti)，因(yin)(yin)此(ci)(ci)韌(ren)性較(jiao)(jiao)高。而加(jia)熱(re)(re)(re)達(da)1350℃時(shi)(shi)(shi)，晶粒粗大，又可能(neng)出現上貝氏(shi)體(ti)(ti)，因(yin)(yin)而韌(ren)性較(jiao)(jiao)差(cha)。而在550~600℃溫度(du)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)(shi)，能(neng)得到較(jiao)(jiao)多的逆轉(zhuan)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)，因(yin)(yin)而韌(ren)性較(jiao)(jiao)高。此(ci)(ci)外，冷卻(que)速(su)度(du)對低溫韌(ren)性也(ye)有影響。冷卻(que)速(su)度(du)越快(kuai)，韌(ren)性越好。鋼中磷含量對韌(ren)性也(ye)有影響，當硫為(wei)(wei)0.005%時(shi)(shi)(shi)，；磷應(ying)在0.009%以下為(wei)(wei)好。
2. 焊接熱裂紋
①. 弧坑裂紋(wen)
用奧氏體型焊條焊接9%Ni鋼時，大多有熱裂紋(wen)傾(qing)向，特別(bie)是打底(di)焊和定位焊中。若有夾渣(zha)，夾渣(zha)處也能產(chan)生熱裂紋(wen)。
裂(lie)紋傾向還與焊接位置(zhi)有(you)關，橫焊和平焊裂(lie)紋傾向小，而立焊和仰焊裂(lie)紋傾向大。
用TH17/15TTW焊(han)(han)接時(shi)，由于(yu)焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)Cr/Ni之(zhi)比值小(xiao)于(yu)1.48,初生相為γ相，造成(cheng)(cheng)硫、磷(lin)的(de)(de)偏(pian)析，形(xing)成(cheng)(cheng)較大的(de)(de)脆性溫(wen)度區(qu)間而易于(yu)開裂。當采用25-20奧氏體不銹鋼焊(han)(han)條焊(han)(han)接時(shi)，就不容(rong)易產生熱裂紋(wen)。這主要(yao)是焊(han)(han)縫(feng)中(zhong)(zhong)有害(hai)元素硫、硅含量低(di)，有益元素錳(meng)含量高，故熱裂紋(wen)傾向小(xiao)。鎢的(de)(de)加入，一般也認為有利于(yu)減(jian)小(xiao)熱裂紋(wen)傾向。
②. 液化裂(lie)紋(wen)
液化裂紋的(de)(de)產生是由于在9%Ni鋼焊縫的(de)(de)晶(jing)界上有硫、磷(lin)等雜(za)質(zhi)元素的(de)(de)偏析，在后續焊道的(de)(de)作(zuo)用下，晶(jing)界上的(de)(de)低熔點物質(zhi)液化而形成(cheng)的(de)(de)。
③. 顯(xian)微疏松
這(zhe)(zhe)種缺陷(xian)產生主要在熔(rong)合區(qu)，一般尺寸很小(xiao)，要放大100倍(bei)以上才能(neng)看清楚(chu)。也(ye)有把(ba)這(zhe)(zhe)種顯(xian)微疏松(song)叫(jiao)做折(zhe)(zhe)疊(die)中(zhong)(zhong)顯(xian)微裂紋(wen)的。所(suo)謂折(zhe)(zhe)疊(die)，是(shi)焊(han)接(jie)中(zhong)(zhong)由于(yu)(yu)電弧的攪動，把(ba)熔(rong)化了的母(mu)材帶入熔(rong)池中(zhong)(zhong)，但未(wei)能(neng)與熔(rong)化了的焊(han)條金(jin)屬(shu)(shu)混合，使兩種金(jin)屬(shu)(shu)相(xiang)間存在于(yu)(yu)熔(rong)池邊緣的未(wei)完全(quan)混合區(qu)。卷入的母(mu)材其(qi)成分(fen)基本上還(huan)是(shi)9%Ni鋼的成分(fen)。因為焊(han)縫金(jin)屬(shu)(shu)的合金(jin)元素比9%Ni鋼高(gao)得多，所(suo)以其(qi)熔(rong)點(dian)也(ye)低于(yu)(yu)9%Ni鋼。因此陷(xian)入不完全(quan)熔(rong)合區(qu)的焊(han)縫金(jin)屬(shu)(shu)的結晶(jing)(jing)晚于(yu)(yu)熔(rong)化了的母(mu)材金(jin)屬(shu)(shu)，被母(mu)材金(jin)屬(shu)(shu)所(suo)包(bao)圍，似乎形成了折(zhe)(zhe)疊(die)。當陷(xian)入母(mu)材金(jin)屬(shu)(shu)所(suo)包(bao)圍的焊(han)縫金(jin)屬(shu)(shu)尚(shang)未(wei)完全(quan)結晶(jing)(jing)，而且受(shou)到焊(han)接(jie)接(jie)頭(tou)拘(ju)束應力的作用(yong)，又沒有液態金(jin)屬(shu)(shu)補充時(shi)，就形成了裂紋(wen)。要消除這(zhe)(zhe)種裂紋(wen)，根本的辦(ban)法是(shi)減少金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)(zhong)的有害雜(za)質硫、磷(lin)等。采(cai)用(yong)正確的收弧技術及運(yun)條方式，也(ye)是(shi)可以避(bi)免弧坑產生熱裂紋(wen)的。
3. 焊(han)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(dian)弧的(de)磁偏(pian)吹
9%Ni鋼易帶磁(ci)(ci)，因此焊接9%Ni鋼時易發生磁(ci)(ci)偏(pian)吹。解決方(fang)法(fa)：嚴禁用磁(ci)(ci)鐵；焊件長度(du)方(fang)向不要南北放，以免與地磁(ci)(ci)同向；要盡量用交流(liu)電源(yuan)焊接，避(bi)免用大電流(liu)的碳(tan)弧氣刨清(qing)根。
5. 熔合不良
用高Ni焊(han)條(tiao)（如(ru)Ni70)進行焊(han)接時，由于其與母(mu)材熔點相差太大，易造(zao)成熔合不(bu)良。這要(yao)在操作(zuo)上改善運條(tiao)方式加以(yi)克服。
