9%Ni鋼以其優(yōu)異的低溫韌性被認(rèn)為是制造低溫壓力容器的優(yōu)良材料。焊接9%Ni鋼時(shí)可能遇到的問題主要是焊接接頭的低溫韌性、熱裂紋、冷裂紋、電弧磁偏吹和熔合不良等。這些問題與焊接方法、焊接材料和焊接工藝有很大關(guān)系。

1. 焊接接頭的低溫韌性問題

  焊接接頭的低溫韌性對(duì)9%Ni鋼來說是個(gè)非常重要的問題，

  包括焊縫金屬、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三個(gè)區(qū)域，都可能發(fā)生韌性惡化。

 ①. 焊縫金屬

 焊縫金屬的低溫韌性與焊接材料有關(guān)。用與母材成分相同的材料時(shí)，焊縫金屬的韌性很差，主要是因?yàn)楹缚p金屬的含氧量太高。如果硅含量也較高，其韌性降低更大。所以，只有在TIG焊接時(shí)才采用同質(zhì)焊接材料。9%Ni鋼的焊接材料主要采用Ni基、Fe-Ni基和Ni-Cr奧氏體不銹鋼等三種類型。Ni基和Fe-Ni基焊接材料的低溫性能良好，線脹系數(shù)與母材相近，但成本高，強(qiáng)度偏低。Ni13-Cr16奧氏體不銹鋼型焊接材料的強(qiáng)度稍高，但低溫韌性較差，線脹系數(shù)與母材相差較大，而且易在熔合區(qū)出現(xiàn)脆硬組織。用同質(zhì)焊接材料焊9%Ni鋼時(shí)，其韌性與母材相近。

 ②. 熔合區(qū)

  熔合區(qū)的低溫韌性主要與出現(xiàn)脆性組織有關(guān)。當(dāng)采用Ni13-Cr16型奧氏體不銹鋼焊接9%Ni鋼時(shí)熔合區(qū)既非奧氏體不銹鋼，也非9%Ni鋼化學(xué)成分。9%Ni鋼和奧氏體不銹鋼都具有良好的韌性，但這時(shí)熔合區(qū)中的Cr、Mn等元素的含量都比9%Ni鋼高，碳也在熔合區(qū)偏聚，其硬度為363~380HV,明顯高于焊縫金屬（207HV)和熱影響區(qū)（308~332HV).熔合區(qū)的硬度偏高的位置是在焊縫邊界上的不完全混合區(qū)。該區(qū)的硬脆性主要是因?yàn)樾纬闪擞邪鍡l馬氏體和孿晶馬氏體組成的混合馬氏體所致。

 ③. 熱影響區(qū)

  9%Ni鋼焊接時(shí)在加熱到700~900℃以及1250℃以上的區(qū)域，其韌性明顯惡化。而加熱到1050~1250℃時(shí)韌性有所回升。在700~900℃區(qū)間加熱時(shí)，由于它是處于鐵素體－奧氏體兩相區(qū)，加熱時(shí)生成部分高碳奧氏體，冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)閸u狀馬氏體，因此很脆。在1050~1250℃區(qū)間加熱時(shí)，由于奧氏體轉(zhuǎn)變已完成，得到均勻的奧氏體，冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體，因此韌性較高。而加熱達(dá)1350℃時(shí)，晶粒粗大，又可能出現(xiàn)上貝氏體，因而韌性較差。而在550~600℃溫度加熱時(shí)，能得到較多的逆轉(zhuǎn)奧氏體，因而韌性較高。此外，冷卻速度對(duì)低溫韌性也有影響。冷卻速度越快，韌性越好。鋼中磷含量對(duì)韌性也有影響，當(dāng)硫?yàn)?.005%時(shí)，；磷應(yīng)在0.009%以下為好。

2. 焊接熱裂紋

 ①. 弧坑裂紋

  用奧氏體型焊條焊接9%Ni鋼時(shí)，大多有熱裂紋傾向，特別是打底焊和定位焊中。若有夾渣，夾渣處也能產(chǎn)生熱裂紋。

  裂紋傾向還與焊接位置有關(guān)，橫焊和平焊裂紋傾向小，而立焊和仰焊裂紋傾向大。

  用TH17/15TTW焊接時(shí)，由于焊縫中Cr/Ni之比值小于1.48,初生相為γ相，造成硫、磷的偏析，形成較大的脆性溫度區(qū)間而易于開裂。當(dāng)采用25-20奧氏體不銹鋼焊條焊接時(shí)，就不容易產(chǎn)生熱裂紋。這主要是焊縫中有害元素硫、硅含量低，有益元素錳含量高，故熱裂紋傾向小。鎢的加入，一般也認(rèn)為有利于減小熱裂紋傾向。

 ②. 液化裂紋

  液化裂紋的產(chǎn)生是由于在9%Ni鋼焊縫的晶界上有硫、磷等雜質(zhì)元素的偏析，在后續(xù)焊道的作用下，晶界上的低熔點(diǎn)物質(zhì)液化而形成的。

 ③. 顯微疏松

  這種缺陷產(chǎn)生主要在熔合區(qū)，一般尺寸很小，要放大100倍以上才能看清楚。也有把這種顯微疏松叫做折疊中顯微裂紋的。所謂折疊，是焊接中由于電弧的攪動(dòng)，把熔化了的母材帶入熔池中，但未能與熔化了的焊條金屬混合，使兩種金屬相間存在于熔池邊緣的未完全混合區(qū)。卷入的母材其成分基本上還是9%Ni鋼的成分。因?yàn)楹缚p金屬的合金元素比9%Ni鋼高得多，所以其熔點(diǎn)也低于9%Ni鋼。因此陷入不完全熔合區(qū)的焊縫金屬的結(jié)晶晚于熔化了的母材金屬，被母材金屬所包圍，似乎形成了折疊。當(dāng)陷入母材金屬所包圍的焊縫金屬尚未完全結(jié)晶，而且受到焊接接頭拘束應(yīng)力的作用，又沒有液態(tài)金屬補(bǔ)充時(shí)，就形成了裂紋。要消除這種裂紋，根本的辦法是減少金屬中的有害雜質(zhì)硫、磷等。采用正確的收弧技術(shù)及運(yùn)條方式，也是可以避免弧坑產(chǎn)生熱裂紋的。

3. 焊接冷裂紋

  9%Ni鋼與同等強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生冷裂紋。但是在氫含量較高或者焊接參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)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(chǎn)生在過熱粗晶區(qū)，而是產(chǎn)生在熔合區(qū)，這是與其他低合金鋼的冷裂紋不同之處。公認(rèn)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(zhǔn)解理）特征，屬典型冷裂紋斷口。分析表明，在熔合區(qū)的不完全混合區(qū)，其化學(xué)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(diǎn)m_s、m_f降低。9%Ni鋼m.和m1分別為400℃及300℃,熔合區(qū)則分別為290℃及室溫以下。這就造成在冷卻過程中熱影響區(qū)先于熔合區(qū)發(fā)生馬氏體相變，造成氫向熔合區(qū)擴(kuò)散集聚。且熱影響區(qū)為位錯(cuò)型板條馬氏體，而熔合區(qū)為板條馬氏體和孿晶馬氏體混合組織。插銷試驗(yàn)證明，焊接參數(shù)對(duì)σ_cr有重要影響。用OK69.45焊條時(shí)，焊接參數(shù)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σ_cr為573MPa.

4. 電弧的磁偏吹

  9%Ni鋼易帶磁，因此焊接9%Ni鋼時(shí)易發(fā)生磁偏吹。解決方法：嚴(yán)禁用磁鐵；焊件長度方向不要南北放，以免與地磁同向；要盡量用交流電源焊接，避免用大電流的碳弧氣刨清根。

5. 熔合不良

  用高Ni焊條（如Ni70)進(jìn)行焊接時(shí)，由于其與母材熔點(diǎn)相差太大，易造成熔合不良。這要在操作上改善運(yùn)條方式加以克服。