常見的Nb、Mo、W等難熔金屬,焊接性很差,在高溫下易氧化和氮化,出現焊接裂紋以及焊縫金屬和熱影響區的脆化。主要表現為以下幾個方面:
(1)焊縫金屬和熱影響區的脆化
焊接熱循環使Nb、Mo、W及其合金的晶界上經加熱已破碎的脆性膜重新固溶,並在隨後的冷卻過程中沿晶界析出。同時,晶粒長大使晶界總面積減少,晶界上的雜質含量增加,使焊縫金屬和熱影響區發生脆化、塑性降低、塑-脆轉變溫度上升。如果焊接時保護不好,焊縫金屬中的氧、氫量增加,也會引起焊縫金屬的脆化。C、Si、S等雜質元素進入焊縫金屬,也會引起類似氧、氮的作用。
(2)焊接裂紋和氣孔
Nb、Mo、W的彈性模量及焊接應力大,焊接接頭易脆化,所以當雜質含量較高、拘束度較大時,極易產生焊接裂紋。減少裂紋傾向的措施為:
①防止雜質對焊縫金屬的汙染;
②儘量降低焊接接頭的拘束度;
③焊接前進行高於母材塑脆轉變溫度的預熱,焊後立即進行低於母材再結晶溫度的後熱。
④採用脈衝焊以破壞焊縫金屬結晶的方向性。
(3)應力集中的敏感性
由於Nb、Mo、W及其合金的塑脆轉變溫度高,對應力集中十分敏感。因此,焊接時應避免產生咬邊、未焊透等缺陷,焊後將焊縫表面的波紋去除,並使焊縫與母材的過渡區平滑,有利於防止焊接接頭的脆斷。
鋼與Nb、Mo、W的焊接性主要取決於Nb、Mo、W的性能。這些難熔金屬在高溫下與空氣中的氧發生強烈反應,在焊接過程中易產生氣孔、接頭脆化和裂紋等缺陷。金屬中的雜質對其力學性能、變形加工性以及焊接性有很大的影響。
Nb、Mo、W等金屬對氣體的吸附、溶解與擴散以及相互作用而生成氧化物、氮化物、氫化物,使焊接接頭發生嚴重的脆化現象,明顯降低了焊接接頭的力學性能。
Nb的焊接性較為良好,而Mo、W的焊接性較差。如鉬中僅含有O2 0.002%,C 0.00%,N2 0.008%時,這些雜質析出與金屬形成氧化物、氮化物和碳化物等脆性相,這些脆性相多分布於品界處,在焊接應力作用下極易產生結晶裂紋。
Nb、Mo、W與Fe、Ni、Co等材料焊接時,由於它們之間的物理與化學性能相差較大,對Nb、Mo、W金屬的溶解度均降低,多以有限互溶存在,且能形成一系列的脆性化合物。而且它們的熔點和線脹係數相差很大,在焊接過程中易產生很大的熱應力和焊接缺陷,也會增大裂紋敏感性。
鋼與Nb、Mo、W等難熔金屬焊接時,必須採取以下相應的工藝措施:
①在焊縫中加入適當的合金元素,使它既能與Nb、Mo、W,又能與鋼中的主要元素形成無限互溶或溶解度較大的固溶體。
②加入塑性好並與Nb、Mo、W和鋼焊接性好的中間金屬層。
③釆用只對鋼熔化焊而對Nb、Mo、W實行釺焊連接的熔焊釺焊工藝,是最為有效方法。