Сварка никеля

Министерство образования Российской федерацииДепартамент образования и науки Пермской областиПрофессиональное училище №52Письменная дипломная работа
на тему: “Сварка никеля”      Выпускник: Березин В.А.
                                                                                                          Специальность:
      Электрогазосварщик
                                                     Группа №18
     Преподаватель по спецтехнологии
                                                     Трутнева О.М.
                                                     Работа допущена к
                                                     защите с оценкой:
г. Пермь
Введение

          Знакомствочеловека с никелем состоялось, по-видимому, задолго до н.э… Древ­ние китайцы,например, ещё в III веке до н.э. выполняли сплав никеля с медью и цин­ком– “Пактонг”, который пользовался спросом во многих странах. Бактрийцы же из­готавливалииз этого сплава монеты. Одна из таких монет, выпущенная в 235 году до н.э.,хранится в Британском музее в Лондоне.
          Какэлемент никель был открыт 1751 году шведским химиком Кронстедтом, ко­торыйобнаружил его в минерале никелине. Но тогда этот минерал назывался иначе –купферникель (“Медный дьявол”). Дело в том, что ещё в средние века саксонскиеру­докопы часто встречали минерал красноватого цвета. Из-за своей окраскикамень был ошибочно принят ими за медную руду. Долго пытались металлургивыплавит из этой “медной руды” медь, но шансов на успех было едва ли больше,чем у алхимиков, на­деявшихся при помощи “философского камня” получить золотоиз мочи животных.
          Возможно,средневековым аспирантам удалось в дальнейшем научно обосновать эту смелуюгипотезу. Во всяком случае, попыток получить из красноватого минерала медьбольше уже не предпринимали. А чтобы и впредь никто не соблазнился этой пус­тойзатеей, минерал решено было назвать “медным дьяволом”.
          Кронстедт,вероятно, не был суеверным. Не убоявшись “дьявола”, он всё-таки сумел получитьиз купферникеля металл, но не медь, а какой-то новый элемент, кото­рый он инарёк никелем.
          Прошлоещё полвека, и немецкому химику Рихтеру удалось выделить из руды относительночистый никель – серебристо-белый металл, с едва уловимым коричне­вым оттенком,очень ковкий и тягучий. Но о производстве никеля в промышленных масштабах тогдаещё и не было речи.
          В1865 году крупные месторождения никелевых руд были обнаружены в НовойКаледонии. Начальником горного департамента этой французской колонии незадолгодо описываемых событий был назначен Жюль Гарнье, обладавший исключительнойэнергией и глубокими знаниями. Он тотчас развил бурную деятельность, надеясьнайти на острове полезные ископаемые. Вскоре его поиски увенчались успехом:недра острова оказались богатыми никелем. В честь энергичного французановокаледонский никель, содержащий минерал назвали Гарниеритом.
          Спустяпочти два десятилетия в Канаде при прокладке Тихоокеанской железной дорогирабочие наткнулись на громадные залежи медно-никелиевых руд.
          Этидва открытия послужили мощным толчком к освоению промышленной до­бычи никеля.Приблизительно в те же годы было открыто и важное свойство этого элемента –улучшать качество стали. Правда, ещё в 1820 году знаменитый английский учёныйМайкл Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель, нотогда они не смогли заинтересовать металлургов.
          Вконце прошлого века Обуховский завод (в Петербурге) получил ответственноезадание военно-морского ведомства – освоить производство высококачественной ко­рабельнойброни.
          Созданиемновой отечественной брони занялся замечательный русский метал­лург и металловедА.А. Ржемотарский. Напряжённая работа вскоре была успешно за­вершена.Обуховский завод начал выпускать отличную десятидюймовую броню из никелевой стали.
          Внаши дни никелевую сталь используют в мирных целях. Из неё изготавливаютхирургические инструменты, детали химической аппаратуры, предметы домашнего обихода.
          Неменее важное “занятие” никеля – создание разнообразных сплавов с другими металлами.Ещё в начале XIX века металлургов и химиков охватила “эпидемия” поис­ковнового сплава, способного полностью заменить серебро для изготовления посуды истоловых приборов. В роли “вируса” выступала солидная премия, обещанная томусчастливчику, который сможет создать такой сплав. Вот тогда-то и вспомнили одрев­нем китайском сплаве. Почти одновременно различным учёным, взявшим заоснову состав пактонга, удалось получить медно-никелевые сплавы, весьма сходныес сереб­ром.
          В1926 году удалось создать медно-никелевый сплав, которому не была проти­вопоказанаморская служба. Теперь моряки могли быть твёрдо уверены, что трубки не подведутих в трудную минуту.
          Сейчасчисло никелевых сплавов, находящих широкое применение в технике, в быту, вювелирном деле, превысила 3000!
Из сплава на основе никеля (до 75 %) выполненытурбинные лопатки воздуш­ного лайнера “ТУ-104”.
Несколько лет назад учёные создали новый сплав –никоси, названный так по первым слогам входящих в него компонентов: 94% никеля,4% кольбата и 2% кремния (“силиция”). Испытания показали, что никоси поможетсоздать мощные источники ультразвука.
Широкую известность никель приобрёл благодаря своейспособности защищать металлы от окисления. Никелирование не только предохраняетизделия от коррозии, но и предаёт им красивый внешний вид. Весёлый бликкастрюль, кофейников и само­варов – всё это “проделки” никеля, тонким слоемкоторого покрыты многие предметы обихода.
Впервые попытку использовать этот металл в качествепокрытия предпринял в 1842 году немецкий учёный Бетгер. Однако ему не удалосьдобиться своей цели, так как никель, которым в то время располагала техника,содержал посторонние примеси, мешавшие гальваническим путём наносить покрытие.Тончайшая плёнка никеля на­дёжно охраняет сегодня железо, позволяя сберечь откоррозии огромные количества этого металла.
Работники пищевой промышленности знакомы с никелем поего соединению – карбонилу, который служит катализатором при производствемаргарина и майонеза.
В начале нашего века владелец Санкт-Петербургскогосвечного и стеаринового заводов некто Жуков начал варить мыло с применениемкакого-то вещества, секрет которого предприимчивый заводчик до конца своих днейхранил в строжайшей тайне. Только после его смерти выяснилось, что загадочнымвеществом был тетракарбонил никеля, при разложении которого выделяетсявысокодисперсный металлический ни­кель. Он-то и оказывает сильноекаталитическое действие на процесс отвердения жи­ров. С этим катализаторомнужно быть осторожным: он очень токсичен – в пять раз токсичнее угарного газа.
Из соединений никеля важное значение имеет также егоокись, используемая для изготовления щелочных железоникелевых аккумуляторов.
В периодической системе никель расположен рядом сжелезом и кобальтом. Бу­дучи во многом сходными, эти элементы образуют такназываемую триаду. Любо­пытно, что из 104 известных в настоящее время элементовпри обычных условиях лишь члены железной природы обладают ферромагнитнымисвойствами. Эта “семей­ственность” доставляет много хлопот металлургам:отделить никель от кобальта – за­дача не из лёгких. Да и другая соседка никеляпо таблице элементов – медь – тоже очень неохотно расстаётся с ним. В природеже и кобальт, и медь, как правило, сопут­ствуют никелю. Разделение этих элементов– сложный многостадийный процесс. Именно по этому никель считается одним изнаиболее дорогих и дефицитных про­мышленных металлов.
В земной коре содержится 0,008% никеля. Не думайте,что это мало. Общее ко­личество никеля оценивается приблизительно в 10/> тонн.
По разведанным запасам никеля наша страна занимаетодно из первых мест в мире. Среди капиталистических стран ведущая роль в добыченикелевых руд принад­лежит Канаде.
В отличие от Земли, где никель встречается лишь “вкомпании” с другими эле­ментами, многие небесные тела располагают чистымникелем. Если бы вам удалось достать с неба звезду, вы возможно нашли бы на нейизотоп никеля – никель-80 (на Земле этот элемент существует в виде пяти болеелёгких изотопов). Удельный вес земного никеля – 8,9 грамма на кубическийсантиметр. На звёздах, где плотность ма­терии очень велика (например, на белыхкарликах), 1 кубический сантиметр никеля весит тонны!
В довольно больших количествах космический никельпопадает и на нашу пла­нету. По подсчётам советских учёных, ежегодно на каждыйквадратный километр ми­рового океана падает в виде метеоритов до 250 граммовникеля.
Технологическая часть


          При сварке никелявозникают следующие затруднения:
·    поглощение газов жидким металлом и резкое падение ихрастворимости при пере­ходе металла в твёрдое состояние, что приводит к пористостишва. Поэтому лучше применять правую сварку, дающую замедленное охлаждениеметалла шва, что уменьшает пористость;
·    образование тугоплавкой окиси никеля, имеющей температуруплавления 1650 — 1660°С. Удалениеокисей осуществляется с помощью флюсов: плавленой буры; смеси из 25% буры и 75%борной кислоты; насыщенного раствора борной кислоты в спирте; смеси из 50%борной кислоты, 30% буры, 10% поваренной соли и 10% уг­лекислого бария.Применяют и более сложные флюсы, содержащие, кроме буру и борной кислоты,хлористые соединения магния, марганца и лития, а также хлори­стый кобальт, феррованадийи титановый концентрат.
Газовойсваркой никель сваривается удовлетворительно. Листы толщиной до 1,5 ммсвариваются без присадочного металла, с отбортовкой кромок на высоту (1 + 1,5) S, где S – толщина металла, мм. Листытолщиной до 4 мм свариваются встык без скоса кромок. Для больших толщин делаютодносторонний скос под углом 35-45°.Сварку внахлёстку не применяют ввиду значительных деформаций при нагреваниилистов. Листы перед сваркой скрепляют прихватками через каждые 100-200 мм.Сварку ведут отдельными участками обратноступенчатым способом.
Пламя недолжно иметь избытка кислорода, который вызывает появление пор, а наплавленныйметалл получается хрупким. Допустимо применять пламя с небольшим избыткомацетилена. При сварке никеля мощность пламени берут 140-200 дм/>/ч аце­тилена, а при сваркемонельметалла* — 100 дм/>/ч на 1 ммтолщины металла. В качестве присадки применяют полоску из основного металла илипроволоку такого же состава. Диаметр проволоки должен быть равен половинетолщины свариваемого листа. Хо­рошие результаты даёт никелевая проволока,содержащая до 2% марганца и не более 0,2% кремния. Предел прочности сварногосоединения 26-28 кгс/мм/>, угол загиба до90°.
Сварканихрома (75-80% никель, 15-18% хрома, до 1,2-1,4% марганца), имею­щеготемпературу плавления 1390°С и малуютеплопроводность, затрудняется образо­ванием тугоплавкой плёнки окиси хрома,которую удаляют механическим путём. Сварку следует вести с максимальнойскоростью и без перерывов. Повторная и много­слойная сварка вызывает трещины,рост зерна и межкристаллитную коррозию металла шва.
Пламядолжно иметь некоторый избыток ацетилена. Мощность пламени 50-70 дм/>/ч ацетилена на 1 ммтолщины металла. Применяют флюс-пасту состава (%): буры 40; борной кислоты 50;хлористого натрия или фтористого калия 10; флюс разводят на воде. В качествеприсадочного прутка применяют полоску из свариваемого металла шириной 3-4 ммили проволоку из нихрома ЭХН-80. После отжига сварное соедине­ние имеет пределпрочности 35-45 кгс/мм/>.
Никельотносится к переходным d-металлам, расположен в восьмойгруппе пе­риодической системы элементов Д.И. Менделеева и является одним изважных про­мышленных металлов. Чистый никель имеет высокую прочность ипластичность. Вы­сокие пластические свойства никель сохраняет при низкихтемпературах. При 20 К предел прочности никеля достигает 774 МПа, аотносительное удлинение – 48%. Ни­кель обладает высокой химической стойкостью.По сопротивляемости коррозии он превосходит медь и латунь, устойчив противкоррозии в морской воде, в нейтральных и щелочных растворах солей, серной,азотной, соляной и угольной кислот. Достаточно стоек в разбавленныхорганических кислотах и исключительно стоек в щелочах любой концентрации.Температура плавления никеля 1 728 К, плотность 870 – 890 кг/м/>, ко­эффициент линейного расширения13,3 * 10/>К/>.
Никельшироко применяется в химической промышленности для изготовления аппаратуры, вэлектронной промышленности для изготовления деталей электроваку­умных приборови внутриламповой арматуры (анодов, сеток, кернов оксидных като­дов), а так же вдругих отраслях промышленности. Сложнолегированные никелевые жаропрочные сплавыявляются основным конструкционным материалом современных газовых турбин,реактивных и ракетных двигателей, летательных аппаратов (диски, лопатки, роторыи др.). В электрохимической промышленности применяются сплавы никеля с медью ижелезом типа монель и константан для изготовления катодов.
Особенностидиффузионной сварки никеля и его сплавов определяются их свой­ствами исоставом, в частности термодинамической прочностью окисной плёнки, со­противлениемползучести и деформационной способностью металла. На чистом ни­келе при нагревеобразуется только один окисел NIO, имеющий сравнительновысо­кую упругость диссоциации 1,3 * 10/> -1,3 * 10/> Па при 1 273 – 1 373 К.Однако ни­кель, как d–переходный металл, образует скислородом устойчивый хемосорбирован­ный комплекс. Удаление кислородаобусловлено его диффузией при сварке в глубь металла. Растворимость кислорода вникеле составляет 0,012% при 1 473 К и с пони­жением температуры увеличивается.Расчёты показывают, что длительность растворе­ния окисной плёнки толщиной 0,005мкм в никеле при температуре 1 173 – 1 473 К из­меняется от нескольких секунддо десятых долей секунды. Поэтому окисная плёнка на никеле не вызывает особыхзатруднений пр сварке. Электротехнические никелевые сплавы типа монель иконстантан также образуют термодинамически непрочные окислы, близкие к никелюпо другим свойствам, и их сварка существенно не отлича­ется от сварки никеля.Жаропрочные никелевые сплавы являются сложнолегирован­ными и имеют в своёмсоставе хром, алюминий, титан, молибден, вольфрам, ниобий и другие элементы,обладающие большим сродством к кислороду и обеспечивающие высокую жаростойкостьи жаропрочность. Именно эти свойства и затрудняют диффу­зионную сваркужаропрочных сплавов. Наличие весьма прочной и трудно удалимой окисной плёнки,богатый хромом, алюминием, титаном, препятствует диффузионной сварке. Удалениеэтих окислов из стыка связана с протеканием сложных окисли­тельно-восстановительныхпроцессов.
Повышениежаропрочности и сопротивления ползучести за счёт молибдена, вольфрама и другихэлементов, подавляющих диффузионную подвижность атомов. Этим обусловлена такжеболее высокая, чем у обычных сталей, температура рекри­сталлизации жаропрочныхсплавов. Естественно, что получение сварных соединений способом, сущностькоторого заключается в использовании процессов диффузии и рекристаллизации,затруднено. Термодеформационное воздействие при диффузионной сварке жаропрочныхсплавов должно быть более сильным, чем при сварке углероди­стых инизколегированных сталей. За нижний предел температуры сварки принимаюттемпературу начала развития процентов рекристаллизации и диффузии. Для большин­стважаропрочных сплавов эта температура близка к 1 323 – 1 373 К. За верхний пре­делтемпературы сварки принимают температуру разупрочнения сплавов. При этомследует учитывать также возможность резкого падения пластичности сплавов с по­вышениемтемпературы.
/>Приведена диаграмма технологической пла­стичностидвух никелевых сплавов. Из диаграммы следует, что при 1 473 К происходит резкоепадение пластичности сплавов. Если при диффузионной сварке жаропрочных сплавовв результате пластиче­ской деформации сжатия произойдёт течение ме­талла, то взоне соединения образуются трещины. Та­кое состояние возможно, несмотря намалые вели­чины деформации при диффузионной сварке, так как с повышениемтемпературы пластичность металла близка к нулю. Таким образом, верхний пределтем­пературы сварки большинства жаропрочных сплавов не превышает 1 473 – 1 523К. Остальные параметры режимов диффузионной сварки жаропрочных сплавов опреде­ляюттак же, как и для других металлов, исходя из условий ползучести и диффузии.
Диффузионнуюсварку в вакууме никеля и никеля с другими металлами можно выполнять в широкомдиапазоне параметров режима, однако в большинстве работ ре­комендуетсятемпература 1 273 К, давление сжатия 14,7 МПа, время сварки 10 минут привакууме 1,3 * 10/>Па. Сэкспериментальными данными согласуются расчётные [5], полученные из условияобразования фактического контакта при установившейся пол­зучести по уравнению: t = A/> exp />, где t– длительность сглаживания микро неровностей, с; А – коэффициент, зависящий отчистоты и класса обработки поверх­ности, равный 5 * 10/> при обработке по Rа = 1,25 мкм; В – коэффициент, изменяю­щийся от 5 * 10/> до 7 * 10/>; р – давление сжатия, МПа;m – коэффициент, изменяю­щийся обычно от 3 до 5; DН/>  - энергия активации ползучести, кДж/моль; R– универ­сальная газовая постоянная; R = 8,315кДж/моль; Т – температура сварки, К.
Закономерностидиффузионных процессов в приконтактной зоне при сварке ни­келя изучены в работе[8]. Установлена неоднородность диффузионного потока в при­контактных слояхникеля, обусловленная рельефом соединяемых поверхностей и не­однородностьюпластической деформации приповерхностных слоёв металла. В узкой приконтактнойзоне наблюдается высокая скорость диффузии (коэффициент диффу­зии 10/> - 10/> см/>/с), что соответствуетдиффузионной подвижности вдоль границ зё­рен с наиболее благоприятной длядиффузии разориентировкой зёрен. Причём в слу­чае предварительногоэлектролитического полирования поверхностей, глубина этой зоны 10 мкм, а примеханическом шлифовании эффект ускорения диффузии сохраня­ется на значительномрасстоянии от поверхности. С повышением температуры и дав­ления сжатия диффузионныйпоток становится более однородным по всей прикон­тактной зоне. Энергия активацииравна, примерно, половине энергии активации само­диффузии никеля и изменяется взоне сварки. Минимальное значение энергии актива­ции близко к энергии активациизернограничной диффузии и увеличивается по мере удаления от поверхности контактирования.Выполненные в ряде работ исследования показали, что приведённый режимобеспечивает протекание всех процессов, необхо­димых для получения качественныхсоединений с пределом прочности до 539 МПа.  Повышение температуры сварки до 1373 К приводит к значительному росту зерна за счёт собирательнойрекристаллизации. Увеличение времени сварки также приводит к некоторомуразупрочнению металла в зоне соединения. Уменьшение времени сварки возможно приболее тщательной подготовке соединяемых поверхностей. Сварку ни­келя можновыполнять не только в вакууме, но и в водороде. В некоторых работах ис­пользоваливодород с точкой росы 233 К.
Примеромдиффузионной сварки изделий из никеля может служить изготовле­ние кернаоксидного катода водородного тиратрона, как показано на рисунке.
          Диффузионную сваркуэлектротехнических никелевых сплавов типа монель и константан проводят вмногоместных приспособлениях, обеспечивающих сварочное давление за счётразличия в коэффициентах линейного расширения свариваемых ме­таллов и металлаоправки. Стяжные болты обычно изготавливают из молибдена. Ре­жимы сваркиэлектротехнических сплавов незначительно отличаются от режимов сварки никеля,что обусловлено разницей в их физико-механических свойствах. На­пример,введение меди приводит к снижению сопротивления металла деформирова­нию, кинтенсификации диффузионных и рекристаллизационных процессов и к сни­жениютемпературы сварки до 1 173 К.
Материал DIN Шифр Тип Химический состав % (по массе) Применение Ni Cu Fe Ai Ti Cr Mo Mn Si ост Никель 17740
2.4050
2.4060
2.4068 - 99,0-99,8 - - - - - - - - - Химические аппараты, детали ламп накалива­ния и электрон­ных трубок Никеле­медные сплавы 17743
2.4360
2.4866
Монель
 
К-монель
>63
>63
28-34
28-34
1,0-2,5
1,0-2,0 2-4
0,3-1,0
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- Химические аппараты, корро­зионно-опасные детали конст­рукций (К-мо­нель закали­ваема) Никеле-хроможе­лезистые сплавы 17742 2.4816 Ин-конель >72 - 6-10 - - 14-17 - - - - Жаро- и огне­стойкие детали, химические аппараты Никеле хромовые сплавы - - Нимоник Ост - 7-5 - - 18-21 - 1 1 0-23-со Химические аппараты Никеле молибде­новые и никеле хромомо­либдено­вые сплавы 17744 2.4810 Хастелой В Хасте­лой С
>62
>52
-
-
4-7
4-7
-
-
-
-
-
14-18
26-30
15-18
-
-
-
- 3-5w Химические аппараты при коррозии под напряжением
Влияние легирующих элементовна свариваемость сплавов.
Чистыйникель не представляет трудностей при сварке, так как при его нагреве илиохлаждении не происходит аллотропических превращений. Для электрического никеляуже даже следы примесей, которые создают с никелем легкоплавкие эвтектики(сера, кислород), могут приводить к тонким продольным трещинам в зоне термиче­скоговлияния.
Главные легирующие элементы.
          Медь. Медьсоздаёт с никелем непрерывный ряд твёрдых растворов. Оба ме­талла образуюткубическую гранецентрированную решётку, имеют похожие атомные радиусы ипостоянные решётки и находятся в периодической системе элементов рядом друг сдругом (под камерами 28 и 29). Медь, которую добавляют в количестве от 15 до40% (монель), не создаёт трудностей при сварке. Имеются также сплавы Cu — Ni, в ко­торых медь являетсяосновным элементом (70/30 и 90/10) и которые при сварке ведут себя подобнымобразом. При сварке монеля следует учитывать ликвацию кристаллов, из-за чегоможет ухудшиться коррозийная стойкость. В этом случае рекомендуют по­следующуютермообработку.
          Если добавитьалюминий в дисперсионно-твердеющий сплав (монель), то возни­кает, как длябольшинства стареющих сплавов, проблема снижения прочности.
          Хром. Хромобразует с никелем однофазные сплавы из твёрдых растворов с очень узкиминтервалом кристаллизации. Хром, как таковой, при сварке влияет, по-видимому,благоприятно. Однако при взаимодействии с другими элементами, прежде всего скремнием, он способствует повышению склонности к образованию горячих трещин.Его высокое сродство с кислородом и азотом, с которыми он образует ста­бильныесоединения, уменьшает возникновение пор. В присадочных материалах можно поэтомув присутствии хрома вообще отказаться от других элементов, связы­вающих газы.При сварке инконеля 625 и 718 руководствуются работой [101]. Речь идёт овысокожаропрочных супер сплавах [95].
          Железо. Железовводят для улучшения свойств никелевых сплавов. Трудности при сварке создаёт несамо железо, а вносимые вместе с ним примеси, такие как сера, фосфор икислород. В присутствии железа содержание углерода не должно превышать 0,1%.
          Кобальт. Небольшоесодержание кобальта (несколько десятых процента) не ока­зывает влияния напроцесс сварки. Относительно его влияния, при более высоком со­держании, наулучшение жаропрочности сплавов достаточных сведений пока не име­ется.Вероятно, оно мало, если не происходят, как при наличии хрома и железа, вто­ричныеявления в присутствии других элементов.
Молибден.Обычно содержание молибдена так высоко (хастеллой), что сплав может лежать вгетерогенной, а также в двухфазной области. Бинарные никелемолиб­деновые сплавычувствительны к горячим трещинам. При отжиге сплавов  Ni– Cr Moпри температуре 600 — 950°С происходятвыделения по границам по границам зёрен, которые снижают коррозийную стойкость.Если эти явления происходят при сварке в зоне термического влияния, тонеобходимо проводить последующую термообработку (диффузионный отжиг притемпературе > 1 150°С с последующейзакалкой). При сварке Ni Mo 28 и Ni Mo 16 Cr 16 Tiруководствуются работой [73].
Второстепенныелегирующие добавки.
Углерод.Обычное содержание углерода 0,01 – 0,15%. Трудности возникают только в областиповышенных температур. Свободный углерод (в случае его наличия) переходит взоне термического влияния в раствор и приводит, при быстром охлажде­нии, кобразованию твёрдого раствора, пересыщенного углеродом. В интервале темпе­ратур315 — 760°С по границам зёрен затемвыделяется графит, который ослабляет тон­кую структуру, что может привести кместным трещинам или даже к разрушению де­тали. Вспомогательные мероприятия: С
Вприсутствии меди растворимость углерода при высоких температурах так сильновозрастает, что не происходит охрупчивания даже при его содержании до 0,2%.Только в том случае, если при сварке железо поглощается из основного металла,мо­жет произойти горячее растрескивание. Мероприятия: снижение С до
Вприсутствии хрома, если только имеется немного таких стабилизаторов, как титанили ниобий, может произойти образование карбидов хрома и при этом местное обеднениехрома. Коррозийная стойкость, однако (в противоположность аналогичным явлениямв аустенитных сталях), ухудшается только в особо агрессивных средах. Со­единениеNi/>Ссуществует только при температуре > 1 500°Си является очень нестой­ким.
Марганец.Обычное его содержание до 1%. Марганец практически не оказывает влияния насварку. Посредством образования тугоплавкого сульфида марганца можно устранитьвредное влияние серы.
Магний.Он, как и марганец, образует тугоплавкий сульфид. Вследствие низкой точкикипения (1 120°С) магний, содержащийсяв присадочном материале, при дуго­вой сварке почти полностью испаряется, такчто этот эффект нельзя использовать в наплавленном металле.
Наличиемагния препятствует горячему растрескиванию в зоне термического влияния,вызываемому малым содержанием серы. Можно исключить вредное влияние серы накачество сварного шва введением таких элементов, как марганец, ниобий ти­тан,алюминий, которые являются малолетучими и поэтому лучше переходят затем внаплавленный металл.
При газовойили WIG – сварке магний, наоборот, может успешновыполнить свою задачу, так как капли расплавленного присадочного материала немогут переме­щаться в месте воздействия дуги.
Ниобий.Его добавляют в богатые никелем сплавы, чтобы противодействовать вредномувлиянию кремния; требуемое количество зависит от соотношения никель – железо.
Кремний.Обычное содержание 0,1 – 4%. В большинстве сплавов кремний по­вышает склонностьк образования горячих трещин, прежде всего при одновременном присутствии медиили хрома. Важную роль играет также выбранный способ сварки. Склонность кгорячим трещинам особенно велика в наплавленном металле и меньше в зонетермического влияния. При наплавке возникает опасность горячих трещин, по­томучто кремний переходит из основного металла в наплавленный. Кремний способ­ствуетраскислению металла сварочной ванны.
Цирконий.Добавка циркония всего в десятые доли процента приводит к гетеро­генной фазе,которая сильно повышает склонность сплава к горячим трещинам. По-видимому, этоприводит к этентической реакции при температуре 1 090 – 1 150°С. Об­разование трещин происходит как внаплавленном металле, так и в зоне термического влияния. Никеле циркониевыесплавы считают, поэтому, не свариваемыми. Относи­тельно соединений с помощьюхолодной и диффузионной сварок в настоящее время данные отсутствуют.
Алюминий.Его следует рассматривать, как сопутствующий полезный элемент за еговоздействие как средство раскисления и как элемента, сопутствующего дисперси­онномутвердению.
При высокомсодержании он, однако, повышает чувствительность к горячим трещинам, так какпороговое значение чувствительности зависит, как и для кремния, от присутствиядругих легирующих элементов. Опасность трещин возникает в наплав­ленном металлеи меньше в зоне термического влияния. Допустимое содержание алю­миния частовыше, чем в соответствующих случаях для кремния. Алюминий содер­жится всварочных присадочных материалах, которые применяют для сварки диспер­сионнотвердеющих никелевых сплавов.
Титан.Его вводят в присадочный сварочный материал для того, чтобы получить швы безпор (раскисление). Для сплавов, содержащих хром, это часто не требуется, посколькухром сам может связывать газы. В отношении дисперсионного отверждения титанвлияет подобно алюминию. При определённых критических концентрациях при сваркевозникает, однако, опасность появления трещин. Допустимое содержания алю­минияи титана при WIG – сварке выше, чем при дуговой сварке.По этой причине следует предпочитать названный первым способ для сваркидисперсионно-твердею­щих сплавов. Склонность к появлению трещин возникаетглавным образом в наплав­ленном металле, а не в зоне термического влияния.
Бор.Обычное его содержание 0,03 – 0,10%. Путём добавки бора улучшают ме­ханическиесвойства сплавов при высоких температурах. Однако самое небольшое со­держаниебора (г 0,003%) при сварке приводит к высокой склонности образования го­рячихтрещин; по-видимому, на границах зёрен, подобно сере, фосфору и цирконию, боробразует легкоплавкую эвтектику с никелем.
Непреднамеренно вводимые легирующие элементы.
Сера.Она является самым вредным элементом в никелевых сплавах. Раствори­мость серы втвёрдом никеле S/>  плавитсяпри температуре 637°C,являющейся чрезвычайно низкой. Никель поглощает серу в критической областитемператур от 300 до 900°С из твёрдых,жидких, газообразных или парообразных веществ, например из масла, жира, горячихгазов, а также из пла­мени при газовой сварке. Поэтому необходима очисткаповерхностей металла перед сваркой.
Вспомогательныемероприятия: добавление марганца, магния, ниобия, титана и алюминия. Принеочищенных листах влияние этих элементов, однако, недостаточно для того, чтобыпомешать горячему растрескиванию. Вследствие низкой температуры плавлениеэвтектики сера также очень опасна как в зоне термического влияния, так и внаплавленном металле.
Свинец.Он влияет в таких же концентрациях, как и сера. И, однако, его редко рассматриваюткак примесь. Свинец не растворим в Ni, посколькуявляется жидким до температуры плавления. Он образует плёнку по границам зёрен,что приводит к горя­чему растрескиванию.
Фосфор.Он влияет также, как сера и свинец. Соответствующая эвтектическая реакцияпротекает при 870°С. Уже всего сотыедоли процента фосфора приводят к го­рячему растрескиванию в наплавленномметалле, но не в зоне термического влияния.
Элементарныегазы. Кислород, азот и водород создают проблему только в отно­шениипарообразования. Образование трещин, наоборот, едва связано с имеющимисярастворёнными газами. Содержание титана и алюминия в сварочном присадочном ма­териаледостаточно высокое, чтобы исключить влияние газов на образование пор.
Состояниепосле термообработки.
Сплавы свариваютглавным образом в не полностью отожженном состоянии. После интенсивной холоднойдеформации металла в областях в областях выполнения сварки перед сваркойследует ещё раз провести отжиг изделия. Дисперсионно-твер­деющие сплавы такжеследует сваривать только после неполного отжига, так как в противном случаевследствие малой пластичности сплавов следует учитывать появле­ние трещин отвнутренних напряжений. Необходимо также принимать во внимание некоторый спадпрочности.
Очистка.
Передсваркой необходимо обезжирить поверхность с обеих сторон листа мини­мум на 25мм по обе стороны от сварного шва и прошлифовать.
Газоваясварка.
Применимадля всех никелевых сплавов, кроме сплавов типа Ni – Cr – Fe (нимо­ник 80, 80А и 90);однако этот способ применяют ещё пока редко.
Газы.Ацетилен, находящийся в баллонах, является наиболее предпочтительным горючимгазом (более лёгкое регулирование пламени и лучшая очистка). Вносимый вместе сгазом ацетон может быть причиной образования трещин. Применяют восста­новительноепламя (лёгкий избыток ацетилена).
Горелка.Сопло такое же, как для стали, однако для сварки чистого никеля выби­рают соплона один размер больше.
Флюс.Для никеля и сплавов Ni – Moфлюс не требуется. Для обычных никеле­вых сплавов следует применять флюсы, несодержащие бора (в противном случае в наплавленном металле появляются горячиетрещины). Сразу же после сварки остатки флюса удаляют стальными щётками илиобработкой раствором азотной кислоты (50 частей HNO/> на50 частей воды).
Электрическаядуговая сварка.
Этот способприменяют чаще всего. Вид тока: = (+).
Присадочныйматериал: однороден основному металлу с добавками против об­разования пор (по DIN 1 736). Покрытие гигроскопическое, поэтому материалыперед сваркой прокаливают.
Последующаяобработка. Угол разделки кромок больше, чем для соединений из стали, таккак расплавленная ванна является вязкой.
Положение.Сварку выполняют по возможности в горизонтальном положении.
Техника.С небольшими колебаниями электрода, так как в противном случае вы­гораютраскисляющие добавки. Дуга короткая, электроды перемещают в наклонном положении(лучше всего угол наклона 20 — 30° поотношению к вертикали). Зажига­ние дуги производят на выводной планке (иначеобразуются поры). Сваривают элек­тродами малого диаметра с небольшой силойтока.
WIG – сварка.
Вид тока: =(-); применение переменного тока возможно.
Зажиганиедуги – на выводной планке с помощью осциллятора (его воздействие отчастисохраняется во время сварки).
Скоростьсварки – как можно более высокая.
Защитный газ– сушёный неочищенный сварочный аргон, поддув воздуха ис­ключают; расход 1,0 –2,8 м/>/ч.
Толщинастенки – до 6 мм за один проход.
Защита спротивоположной стороны – аргон или медная подкладка.
Присадочныйматериал – по DIN 1 736.
MIG – сварка.
Вид тока: =(+).
Защитный газ– 99,8%-ный сварочный аргон; расход /> 1,2 м/>/ч.
Присадочныйматериал – по DIN 1 736.
Атомно-водороднаясварка.
Использованиеметода возможно, однако его почти не применяют.
Сваркапод флюсом.
Галогенныйфлюс, составленный из солей фтора и хлора щелочноземельных ме­таллов, позволяетлегирующим элементам с высокой склонностью к кислороду (Ti,Al) переходить из электродной проволоки и основногоматериала в сварной шов с высо­ким процентным соотношением (80 – 90%).
Контактнаясварка.
а) точечная сварка.
Сила тока та же, как и присварке сталей, но требуется более высокое давление на электродах.
Электроды – высокопрочныемедные сплавы с плоскими или слегка закруглёнными торцами. “Прилипаемость”электрода при сварке никеля можно предотвратить путём короткого времени сваркина повышенном токе. При случае торцы электродов сереб­рят. Прилипаемостьотсутствует при сварке монеля вследствие его более высокого со­противления посравнению с никелем.
Давление. Более высокоедавление, чем при сварке сталей, необходимо обеспечивать, прежде всего, присварке высокожаропрочных сплавов.
б) Шовная сварка.
Роликовая сварка прерывистымшвом применима для всех никелевых сплавов, ско­рость сварки 80 – 130 точек/мин.
Роликовая сварканепрерывным швом.
Сварочное давление следуетустанавливать более высоким, чем для стали, за исключе­нием сварки чистого никеля.
в) Сварка оплавлением.
При сварке никелевых сплавовтребуется большая энергия, чем для стали (так как их электросопротивлениеменьше). Для того чтобы избежать перегрева, следует распола­гать место сваркипо возможности ближе к электродным клеммам. Требуется высокое давление осадки;осадку начинают непосредственно перед окончанием протекания тока. Призапаздывающей осадке появляются шлаковые и оксидные включения. Если, наоборот,ток протекает дольше, чем в течении двух периодов после начала осадки, то появляютсямелкие поры и межкристаллитные включения. При сварке необходимо очень точноерегулирование параметров; целесообразен предварительный подогрев.
Термообработка.
 
Очистка передтермообработкой.
Необходиматщательная очистка поверхностей, чтобы предотвратить поглоще­ние серы из жира,смазки и пр. Очистка состоит из обезжиривания обычными средст­вами ипоследующего промывания в 10%-ной серной кислоте, а затем многократного промыванияв воде. Механическую очистку проводить путём песко- или дробеструй­нойобработки или шлифования.
Атмосферав печи.
Следуетобеспечить отсутствие поглощения из атмосферы печи серы. Если изде­лие изникеля отжигают длительное время при температуре > 900°С, то наступает ох­рупчивание из-за окисленияпо границам зёрен. Однако его распространение вдоль границ зёрен впротивоположность воздействию серы происходит медленно. Поэтому при не­большойдлительности отжига можно не учитывать эти нарушения.
Если никельотжигают при температуре > 900°С вокислительной серосодержа­щей атмосфере, то имеет место особо сильноевоздействие серы. Горючий газ должен содержать  масла и 0,2% S.
Неполныйотжиг.
Материалыобычно поставляют в не полностью отожжоном состоянии. Такой отжиг следуетпроводить перед сваркой изделий, которые были подвергнуты холодной деформации вместах выполнения соединений.
Отжиг дляснятия напряжений.
Этот отжигследует проводить при опасности коррозийного растрескивания под напряжением.Никелевые сплавы мало чувствительны к коррозии в водных растворах, однако,наоборот, не стойки против ртути и её солей, а также против кремнефтори­стоговодорода.
Рекомендуетсянагревать изделия до температуры отжига также быстро, как и при неполномотжиге, выдерживать 1 – 3 ч и быстро охлаждать. Для сплавов Ni– Cr – Fe, Ni– Mo — Fe и Ni– Mo – Cr — W(инконель,хастеллой В) снятие напряжений проис­ходит только при температуре неполногоотжига.
Дисперсионноеотверждение.
Закаливаемыеи стареющие никелевые сплавы сваривают в не полностью ото­жжоном состоянии, азатем быстро доводят до температуры отжига для снятия напря­жений (чтобыпредотвратить процессы выделения), закаливают и состаривают.

Составфлюсов для сварки никеля и никелевых сплавов.
Компонент
Состав флюса, %
1
2
3
4
5
6
Бура прокаленная 52 30 25 - 50 40
Кислота борная 15 50 75 - 50 50
Магний хлористый 8 - - - - -
Натрий хлористый 25 10 - - - -
Кальций фтористый - - - 15 - 10
Гашёная известь - - - 17 - -
Борный ангидрид - - - 23 - -
Натриевое стекло - - - 45 - -
Барий углекислый - 10 - - - -
          Качество шва оценивают по его цвету:
Хороший шов имеет матово – коричневую или серо – жёлтуюокраску, сваренный с перегревом – блестящий, сине – чёрного цвета.

Техника безопасности.
 
         

Рабочееместо сварщика должно содержаться в чистоте и порядке. Сварочные кабели нельзярасполагать рядом с газосварочными шлангами и трубопроводами, на­ходящимися поддавлением, а также вблизи кислородных баллонов и ацетиленовых генераторов. Недолжны производиться сварка и резка внутри сосудов с закрытыми люками или невывернутыми пробками. Для защиты глаз, лица, кожного покрова го­ловы и шеисварщика от излучения и брызг металла, а также частичной защиты орга­новдыхания от непосредственного воздействия выделяемых при сварке паров ме­талла,шлака и аэрозолей предназначены защитные щитки. Щитки изготавливаются двухосновных видов: головные и ручные. Щитки изготавливаются углублённой формы длятого, чтобы они хорошо защищали все открытые части головы и шеи свар­щика. Длязащиты от вредного излучения дуги в щитках вставляют стеклянные све­тофильтрытёмно – зелёного цвета, которые не пропускают вредного излучения.
Рабочих,находящихся в зоне сварки, следует снабдить очками и светофильт­рами. Излучениедуги опасно для зрения на расстоянии 20 м.
Сварщики,работающие на строительных площадках, обязаны носить каски. Важными средствамииндивидуальной защиты сварщика являются спецодежда и спецобувь.
К средстваминдивидуальной защиты относятся также резиновый коврик, рези­новые перчатки игалоши, применяемы при работе в особо опасных местах. Для за­щиты дыхательныхпутей от вредных аэрозолей применяют респираторы, противо­газы. Для общегоочищения воздуха используют вентиляцию местного и общего на­значения.
Опасностьпоражения электрическим током создают источники сварочного тока, электрическийпривод (включая пускорегулирующую аппаратуру), электрооборудова­ния подъёмно-транспортныхустройств, электрифицированный транспорт, ручные электрические машины и т.д.
Прежде чемзаняться сварочными работами сварщик должен проверить заземле­ние, изолированыли кабели.
При газовойсварке, сварщик должен ставить баллоны на 5 м друг от друга. Смотреть, чтобы небыло обратного удара. Ни в коем случае не носит баллоны од­ному.
Освобождениепострадавшего от действия тока можно осуществить следующим образом: отключитьрубильник, перерубить провод топором или оттянуть пострадав­шего от токоведущейчасти, отбросить от него провод деревянной палкой. Сделать массаж сердца,искусственное дыхание, дать понюхать нашатырный спирт, обрызги­вать водой,растирать и согревать тело. Немедленно вызвать скорую помощь.
У сварщикапод рукой должно быть всегда средство пожаротушения.
Обязанностьюкаждого работающего является твёрдое знание и неуклонное вы­полнениесуществующих требований по безопасным методам работы, а также соблю­дение норми правил пожарной безопасности.
Использованная литература.
1.   Б.Д.Малышев
2.   В.И.Мельник
3.   И.Г. Гетие
4.   Ю. Руте
Справочник материалов.
Д.Л. Глизманенко.