Особенности сварки никеля
Опубликовано: 25.02.2019
В контакте с кислородом на поверхности никеля образуется пленка из оксида никеля NiO, растворимость которого в твердом металле ничтожно мала, в жидком металле — значительна. При температуре 1438 °С оксид никеля образует с никелем эвтектику, в которой содержится до 1,1 % NiO.
Растворимость водорода в никеле изменяется с изменением температуры. В твердом никеле при рH2 = 100 кПа растворимость водорода плавно возрастает от 1,78 см3/100 г при температуре 210 °С до 17,9 см3/100 : при температуре 1400 °С. При переходе из твердого состояния в жидкое растворимость водорода в никеле скачкообразно возрастает и вблизи температуры плавления (1465 °С) достигает 38,85 см3/100 г. При дальнейшем повышении температуры растворимость водорода в никеле продолжает возрастать.
Азот практически нерастворим в твердом никеле вплоть до температуры плавления. В жидком никеле, особенно в условиях дугового разряда, растворимость азота может достигать больших значений.
Уменьшение растворимости азота и водорода может приводить к образованию пор в результате выделения этих газов при охлаждении.
В связи с высокой растворимостью водорода в жидком никеле критическая концентрация его в защитной атмосфере, способная вызвать пористость, велика и для реальных условий сварки труднодостижима (40 % и более). Поэтому возникновение водородной пористости при сварке никеля высокой чистоты маловероятно. Основной и наиболее опасный источник пор в условиях дуговой сварки в аргоне никеля высокой чистоты — азот. Присутствие в защитной атмосфере азота более 0,05 % приводит к появлению пор в металле швов.
При сварке никеля технического марок НП-2, НП-3 и НП-4, содержащего углерод (0,15—0,2 %), образование пор возможно в связи c развитием реакции
[NiO] + [С] = [Ni] + CO↑ .
При сварке никеля с высоким содержанием кислорода в атмосфере, содержащей водород, может произойти реакция
[NiO] + [Н2] - [Ni] + H2O↑.
Интенсивное развитие реакций восстановления Ni из NiO будет возрастать при охлаждении, так как активность [NiO] в жидком металле будет повышаться в связи с уменьшением растворимости. Реакции восстановления NiO могут не только служить причиной пор, но и вызыгать охрупчивание никеля в процессе эксплуатации из-за образования микротрещин под действием высокого давления образующихся газообразных продуктов реакции.
Поскольку при сварке окисление никеля не исключено, то для получения соединений с достаточно высокими свойствами и свободных от пор и трещин необходимо обеспечить раскисление ванны. Эта задача может быть решена частично путем применения флюсов, способных связывать оксиды никеля, или путем введения в ванну сильных раскислителей (алюминия, титана и др.).
Важная особенность никеля — его высокая чувствительность к присутствию серы, которая образует легкоплавкую эвтектику с температурой 645 °С. Образование эвтектики приводит к снижению пластичности металла и возникновению трещин при кристаллизации. В связи с этим содержание серы в никеле различных марок ограничивают 0,001 %. Снижение вреднего влияния серы достигается введением в никелевые сплавы до 1,5 % Мn.
Для предупреждения кристаллизационных трещин, вызываемых присутствием серы, в практике также находят применение присадочные проволоки с добавками 2,5 и 5 % Мn (МНц2,5 и ПМц5). Металлургические особенности сварки никелевых сплавов указанных групп зависят от системы легирования и концентрации содержащихся элементов.
Наибольшую опасность при сварке этих сплавов представляет образование кристаллизационных трещин, возникающих в связи с развитием ликвационных процессов при кристаллизации металла. Основной путь борьбы с их возникновением заключается н применении присадочных металлов высокой чистоты, свободны к от примесей, способных ликвидировать и образовывать легкоплавкие выделения при кристаллизации.