ニッケルの溶接の問題は何ですか？

ニッケルとその合金は、航空宇宙、化学処理、発電など、優れた腐食抵抗、高い-温度強度、良好な延性により、さまざまな業界で広く使用されています。ただし、溶接ニッケルは簡単なタスクとはほど遠いものです。ニッケルのユニークな物理的および化学的特性に密接に関連する溶接プロセス中に、一連の問題がしばしば発生します。これらの問題を理解することは、ニッケル溶接の品質と信頼性を確保するために重要です。
熱い亀裂に対する高い感受性
ニッケル溶接で最も顕著な問題の1つは、熱い亀裂のリスクが高いことです。固化亀裂としても知られるホット亀裂は、溶接金属の固化の最終段階で発生します。ニッケルの固化温度範囲は比較的広くなっています。この期間中、溶接金属の低い-溶融-点の共作が金属が収縮すると粒界に絞り込まれます。この時点で溶接が引張応力を受けた場合、亀裂は粒界に沿って簡単に形成されます。
ニッケル合金、特に硫黄、リン、鉛、スズなどの要素を含む合金は、熱い亀裂を起こしやすいです。これらの要素は、粒界で分離する傾向があり、凝固中の粒境界の強度をさらに低下させる低い-溶融-ポイントフェーズを形成します。さらに、過度の熱入力などの不適切な溶接パラメーターも、熱い亀裂のリスクを高める可能性があります。熱が多すぎると、溶接金属の固化温度範囲が拡大し、不純物要素の分離が悪化します。
ガス気孔率に対する感受性
ガス気孔率は、ニッケル溶接におけるもう1つの一般的な問題です。気孔率とは、溶接金属に小さなガス-満たされた空洞の存在を指し、溶接の強度、密度、耐食性を減らすことができます。ニッケルは、高温で水素、酸素、窒素などのガスを吸収する強力な能力を持っています。溶接金属が急速に冷却して固化すると、これらのガスは時間内に逃げることができず、溶接に閉じ込められ、多孔性が形成されます。
水素多孔度は特に面倒です。水素は、溶接雰囲気の水分、ベースメタルまたはフィラー金属の表面のオイルとグリース、湿った流束など、さまざまな供給源から来ることができます。酸素はニッケルと反応してニッケル酸化物を形成し、これらの酸化物が適切に除去されない場合、気孔率の形成につながる可能性があります。窒素は、他のいくつかの金属よりもニッケルの溶解性が少ないものの、溶接ガスのシールド効果が低い場合、依然として多孔度を引き起こす可能性があります。
溶接金属組成の制御の難しさ
溶接金属の望ましい組成を維持することは、ニッケル溶接における大きな課題です。ニッケル合金は、特定の特性を実現するために特定の化学組成を持つように設計されていることがよくあります。たとえば、腐食抵抗を改善するためにクロムを含むニッケル合金もあれば、高-温度強度を高めるためにモリブデンを含むものもあります。溶接中、ベースメタルおよびフィラー金属の合金要素が失われたり汚染されたりする可能性があり、溶接金属組成の変化が生じます。
酸化は、合金要素の喪失につながる重要な要因です。ニッケルとその合金要素（クロムやアルミニウムなど）は、高溶接温度で容易に酸化されます。酸化すると、これらの元素は、目的の合金構造の形成に関与できない酸化物を形成し、それにより溶接の性能を低下させます。さらに、フィラー金属がベースメタルと互換性がない場合、または溶接プロセスが適切に制御されていない場合、合金要素の希釈につながり、溶接金属組成が設計要件から逸脱する可能性があります。
post -溶接包括的な
POST -溶接包発は、いくつかのニッケル合金で発生する可能性があり、溶接と熱の靭性を大幅に低下させます-影響を受けるゾーン（HAZ）。この問題は、多くの場合、金属間相の沈殿または溶接後の冷却中の元素の分離に関連しています。たとえば、ニッケル-アルミニウム合金は、特定の速度で冷却すると脆性ニッケルアルミニド相を沈殿させ、材料を脆くする可能性があります。
さらに、一部のニッケル合金は熱老化に敏感です。溶接後、溶接が特定の温度範囲に長時間さらされた場合、穀物の成長や有害段階の形成など、微細構造の変化を受ける可能性があり、これも脆化につながります。これは、高-温度サービス環境では深刻な問題です。
厚いセクションの溶接における課題
厚いニッケルセクションを溶接すると、独自の問題が発生します。ニッケルの熱伝導率が高いため、高熱入力を使用せずに厚いセクションで十分な浸透を達成することは困難です。ただし、前述のように、高熱入力は、高温亀裂や穀物の成長のリスクを高める可能性があります。 HAZの穀物の成長は、材料の靭性を低下させる可能性があり、亀裂の影響を受けやすくなります。
さらに、厚いニッケルセクションの溶接には、多くの場合、マルチ-パス溶接が必要です。各溶接パスは、以前の溶接とHAZを再加熱します。これにより、熱サイクリングが繰り返される可能性があります。この繰り返し加熱は、有害相の沈殿などの微細構造の変化につながり、溶接の残留応力を増加させる可能性があります。残留応力は、熱い亀裂の問題をさらに悪化させ、溶接の疲労寿命を減らすことができます。
結論
溶接ニッケルは、熱い亀裂、ガスの多孔性、溶接金属組成の制御の難しさ、ポスト-溶接包発、溶接厚さの溶接の課題などの問題に悩まされる複雑なタスクです。これらの問題は、ニッケルとその合金のユニークな特性、および溶接プロセスとパラメーターの影響に根ざしています。これらの問題に対処するには、適切な溶接方法（ガスタングステンアーク溶接やシールドメタルアーク溶接など）を選択する必要があります。高-高品質のフィラーメタルとシールドガスを使用し、ベースメタルと溶接環境の清潔さを厳密に制御し、溶接パラメーターを最適化します。ターゲットを絞った対策を講じることによってのみ、ニッケル溶接の品質を保証でき、ニッケルとその合金の優れた性能を実際の用途で完全に利用できます。