9%Ni鋼以其優(yōu)異的低溫韌性被認為是制造低溫壓力容器的優(yōu)良材料。焊接9%Ni鋼時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9%Ni鋼來說是個非常重要的問題，

  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，焊縫金屬的韌性很差，主要是因為焊縫金屬的含氧量太高。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，強度偏低。Ni13-Cr16奧氏體不銹鋼型焊接材料的強度稍高，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，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)的硬脆性主要是因為形成了有板條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℃時韌性有所回升。在700~900℃區(qū)間加熱時，由于它是處于鐵素體－奧氏體兩相區(qū)，加熱時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，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1350℃時，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，能得到較多的逆轉(zhuǎn)奧氏體，因而韌性較高。此外，冷卻速度對低溫韌性也有影響。冷卻速度越快，韌性越好。鋼中磷含量對韌性也有影響，當(dāng)硫為0.005%時，；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，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，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，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，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。因為焊縫金屬的合金元素比9%Ni鋼高得多，所以其熔點也低于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)金屬補充時，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(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)時也會產(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(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)擴散集聚。且熱影響區(qū)為位錯型板條馬氏體，而熔合區(qū)為板條馬氏體和孿晶馬氏體混合組織。插銷試驗證明，焊接參數(shù)對σ_cr有重要影響。用OK69.45焊條時，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鋼時易發(fā)生磁偏吹。解決方法：嚴禁用磁鐵；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)進行焊接時，由于其與母材熔點相差太大，易造成熔合不良。這要在操作上改善運條方式加以克服。