9%Ni鋼以其優異(yi)的(de)低溫韌(ren)性被認(ren)為是制造低溫壓力容器的(de)優良材料。焊(han)接(jie)(jie)9%Ni鋼時可能(neng)遇到的(de)問題(ti)主要(yao)是焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭的(de)低溫韌(ren)性、熱裂紋(wen)、冷裂紋(wen)、電弧磁偏吹和熔合不良等(deng)。這些問題(ti)與焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)、焊(han)接(jie)(jie)材料和焊(han)接(jie)(jie)工藝有很(hen)大關系。
1. 焊接接頭的(de)低溫(wen)韌性問(wen)題
焊接(jie)接(jie)頭的低溫(wen)韌(ren)性對(dui)9%Ni鋼來說是個非常重要的問題，
包括焊縫金屬、熔合(he)區(qu)(qu)和熱影響區(qu)(qu)三個區(qu)(qu)域，都(dou)可(ke)能(neng)發(fa)生韌性惡(e)化。
①. 焊縫金屬
焊(han)縫金屬(shu)(shu)的低溫(wen)(wen)韌(ren)性(xing)與焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)有關(guan)。用與母(mu)材(cai)(cai)成分相同的材(cai)(cai)料(liao)(liao)時(shi)，焊(han)縫金屬(shu)(shu)的韌(ren)性(xing)很差，主要是因為焊(han)縫金屬(shu)(shu)的含(han)(han)氧量(liang)太高。如果硅含(han)(han)量(liang)也較高，其韌(ren)性(xing)降低更大。所以(yi)，只有在TIG焊(han)接(jie)(jie)時(shi)才采用同質(zhi)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)的焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要采用Ni基(ji)、Fe-Ni基(ji)和Ni-Cr奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)等三種類型。Ni基(ji)和Fe-Ni基(ji)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的低溫(wen)(wen)性(xing)能(neng)良(liang)好，線脹(zhang)系數(shu)與母(mu)材(cai)(cai)相近，但(dan)成本高，強(qiang)度偏低。Ni13-Cr16奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)型焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的強(qiang)度稍高，但(dan)低溫(wen)(wen)韌(ren)性(xing)較差，線脹(zhang)系數(shu)與母(mu)材(cai)(cai)相差較大，而且易(yi)在熔(rong)合區(qu)出(chu)現脆硬組(zu)織。用同質(zhi)焊(han)接(jie)(jie)材(cai)(cai)料(liao)(liao)焊(han)9%Ni鋼(gang)(gang)(gang)時(shi)，其韌(ren)性(xing)與母(mu)材(cai)(cai)相近。
②. 熔(rong)合(he)區
熔合區(qu)的(de)低溫韌(ren)性(xing)主要(yao)與出(chu)現(xian)脆(cui)性(xing)組織有關。當采用Ni13-Cr16型奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)接9%Ni鋼時熔合區(qu)既非(fei)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼，也(ye)非(fei)9%Ni鋼化學成分(fen)。9%Ni鋼和奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼都具有良好的(de)韌(ren)性(xing)，但這時熔合區(qu)中的(de)Cr、Mn等元素的(de)含量都比9%Ni鋼高，碳也(ye)在(zai)(zai)熔合區(qu)偏(pian)聚，其硬(ying)(ying)度為363~380HV,明(ming)顯高于焊(han)縫(feng)金屬（207HV)和熱影(ying)響區(qu)（308~332HV).熔合區(qu)的(de)硬(ying)(ying)度偏(pian)高的(de)位(wei)置是在(zai)(zai)焊(han)縫(feng)邊界(jie)上的(de)不(bu)完(wan)全混(hun)合區(qu)。該(gai)區(qu)的(de)硬(ying)(ying)脆(cui)性(xing)主要(yao)是因為形(xing)成了有板條(tiao)馬(ma)氏(shi)體(ti)和孿(luan)晶馬(ma)氏(shi)體(ti)組成的(de)混(hun)合馬(ma)氏(shi)體(ti)所致。
③. 熱影響區
9%Ni鋼焊接時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)(zai)加(jia)熱(re)(re)到700~900℃以(yi)及1250℃以(yi)上的(de)區域，其韌(ren)(ren)性(xing)明顯(xian)惡化。而(er)加(jia)熱(re)(re)到1050~1250℃時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)韌(ren)(ren)性(xing)有(you)所回升。在(zai)(zai)(zai)(zai)700~900℃區間加(jia)熱(re)(re)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，由(you)于它是處于鐵素(su)體(ti)－奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)兩(liang)相(xiang)區，加(jia)熱(re)(re)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)生(sheng)成部分高碳奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)后轉(zhuan)變(bian)(bian)為島狀馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)，因此(ci)很脆。在(zai)(zai)(zai)(zai)1050~1250℃區間加(jia)熱(re)(re)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，由(you)于奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)已完(wan)成，得到均勻(yun)的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)后轉(zhuan)變(bian)(bian)為低碳馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)，因此(ci)韌(ren)(ren)性(xing)較(jiao)高。而(er)加(jia)熱(re)(re)達1350℃時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，晶粒(li)粗大，又可能出現上貝氏(shi)(shi)體(ti)，因而(er)韌(ren)(ren)性(xing)較(jiao)差。而(er)在(zai)(zai)(zai)(zai)550~600℃溫度加(jia)熱(re)(re)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，能得到較(jiao)多的(de)逆轉(zhuan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)，因而(er)韌(ren)(ren)性(xing)較(jiao)高。此(ci)外(wai)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)速(su)(su)度對(dui)低溫韌(ren)(ren)性(xing)也(ye)有(you)影響。冷(leng)(leng)卻(que)(que)速(su)(su)度越快，韌(ren)(ren)性(xing)越好(hao)。鋼中(zhong)磷含量對(dui)韌(ren)(ren)性(xing)也(ye)有(you)影響，當硫為0.005%時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)，；磷應在(zai)(zai)(zai)(zai)0.009%以(yi)下為好(hao)。
2. 焊(han)接熱裂紋
①. 弧坑裂紋
用奧(ao)氏體型焊條焊接9%Ni鋼時，大多有(you)熱(re)裂紋傾向，特別是打底焊和定位焊中(zhong)。若有(you)夾渣，夾渣處(chu)也能產生熱(re)裂紋。
裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)還與(yu)焊(han)(han)接(jie)位置有關(guan)，橫焊(han)(han)和平(ping)焊(han)(han)裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)小，而立焊(han)(han)和仰焊(han)(han)裂紋(wen)傾(qing)向(xiang)大。
用TH17/15TTW焊接(jie)時(shi)(shi)，由于(yu)(yu)焊縫(feng)中Cr/Ni之比值小(xiao)于(yu)(yu)1.48,初生(sheng)相為γ相，造成硫、磷(lin)的(de)(de)偏析，形(xing)成較大的(de)(de)脆(cui)性(xing)溫度區間而易于(yu)(yu)開(kai)裂(lie)。當采用25-20奧氏體不(bu)銹鋼(gang)焊條焊接(jie)時(shi)(shi)，就不(bu)容易產生(sheng)熱裂(lie)紋。這主(zhu)要(yao)是焊縫(feng)中有(you)害(hai)元素硫、硅含量(liang)低，有(you)益元素錳(meng)含量(liang)高，故熱裂(lie)紋傾向小(xiao)。鎢的(de)(de)加入，一般也認為有(you)利于(yu)(yu)減小(xiao)熱裂(lie)紋傾向。
②. 液化裂紋
液化(hua)裂(lie)紋的(de)(de)(de)產(chan)生是由于(yu)在9%Ni鋼焊(han)縫的(de)(de)(de)晶界上(shang)有硫(liu)、磷(lin)等雜質元素的(de)(de)(de)偏析，在后續焊(han)道的(de)(de)(de)作用下(xia)，晶界上(shang)的(de)(de)(de)低熔(rong)點(dian)物質液化(hua)而形成的(de)(de)(de)。
③. 顯微疏松
這(zhe)種(zhong)缺(que)陷(xian)(xian)產生主要(yao)在熔(rong)合區(qu)，一般尺寸(cun)很小(xiao)，要(yao)放大100倍以(yi)上(shang)(shang)才能看清楚。也(ye)有(you)把這(zhe)種(zhong)顯微(wei)疏松叫做折疊(die)中(zhong)顯微(wei)裂(lie)紋(wen)的(de)(de)。所謂折疊(die)，是焊(han)接(jie)中(zhong)由(you)于(yu)電弧(hu)的(de)(de)攪(jiao)動，把熔(rong)化了(le)的(de)(de)母(mu)材(cai)帶入熔(rong)池中(zhong)，但未(wei)能與熔(rong)化了(le)的(de)(de)焊(han)條(tiao)(tiao)金(jin)(jin)屬(shu)混(hun)合，使兩種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)相(xiang)間存在于(yu)熔(rong)池邊緣(yuan)的(de)(de)未(wei)完全(quan)混(hun)合區(qu)。卷入的(de)(de)母(mu)材(cai)其(qi)(qi)成(cheng)分基(ji)本上(shang)(shang)還是9%Ni鋼的(de)(de)成(cheng)分。因(yin)為焊(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)合金(jin)(jin)元素比9%Ni鋼高得多，所以(yi)其(qi)(qi)熔(rong)點也(ye)低(di)于(yu)9%Ni鋼。因(yin)此陷(xian)(xian)入不(bu)完全(quan)熔(rong)合區(qu)的(de)(de)焊(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)結晶晚于(yu)熔(rong)化了(le)的(de)(de)母(mu)材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)，被母(mu)材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)所包(bao)圍(wei)，似乎(hu)形(xing)成(cheng)了(le)折疊(die)。當陷(xian)(xian)入母(mu)材(cai)金(jin)(jin)屬(shu)所包(bao)圍(wei)的(de)(de)焊(han)縫金(jin)(jin)屬(shu)尚未(wei)完全(quan)結晶，而且(qie)受到焊(han)接(jie)接(jie)頭拘束應力(li)的(de)(de)作用，又沒有(you)液態金(jin)(jin)屬(shu)補(bu)充時，就形(xing)成(cheng)了(le)裂(lie)紋(wen)。要(yao)消除(chu)這(zhe)種(zhong)裂(lie)紋(wen)，根(gen)本的(de)(de)辦法(fa)是減少金(jin)(jin)屬(shu)中(zhong)的(de)(de)有(you)害雜質硫(liu)、磷等(deng)。采用正確的(de)(de)收(shou)弧(hu)技(ji)術及運條(tiao)(tiao)方式，也(ye)是可以(yi)避免弧(hu)坑(keng)產生熱裂(lie)紋(wen)的(de)(de)。
3. 焊接冷(leng)裂(lie)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(de)磁偏吹
9%Ni鋼易帶磁，因此焊(han)(han)接9%Ni鋼時易發生磁偏吹。解決方(fang)法：嚴禁用(yong)磁鐵；焊(han)(han)件長(chang)度方(fang)向(xiang)(xiang)不要(yao)南北(bei)放，以免與地磁同(tong)向(xiang)(xiang)；要(yao)盡量(liang)用(yong)交流電(dian)源焊(han)(han)接，避免用(yong)大(da)電(dian)流的碳弧氣(qi)刨清根。
5. 熔合不良
用高Ni焊條(tiao)（如Ni70)進行焊接時，由于其(qi)與母材熔點相(xiang)差太(tai)大(da)，易造(zao)成熔合不良。這要在操作上(shang)改善運條(tiao)方式加以克服(fu)。
