Nikkel, nikkel-réz és nikkel-molibdén ötvözetű hegesztőanyagok
A tiszta nikkel anyagok védő oxidrétegüknek köszönhetően jó ellenállnak a korrózióval szemben, akár klórid-tartalmú közegben is. Jellemző anyagai az Alloy 200 sorozat, amely anyagokat vegyipari, élelmiszeripari és energia ipari berendezések gyártására használnak. Ilyen anyagokból készült berendezések hegesztésére fejlesztették ki a 2. táblázatban szereplő UTP 80 Ni hegesztőanyagot.
Az ötvözetlen nikkelnek az acélhoz képest a folyáshatára csekély, ezért ez a tulajdonság gátolja a nikkel alkalmazását olyan szerkezetekben, amely üzemelés közben bizonyos mértékű feszültséggel terhelt. A nikkellel a legtöbb ötvöző eleme szubsztitúciós szilárd oldatot alkot, amely szilárdságnövelő hatású. Az egyik ilyen elem a réz, amely a nikkelben teljes mértékben képes oldódni. Ilyen 30% rezet és nikkelt tartalmazó ötvözetrendszert a MONEL-nek nevezik. Jellegzetes képviselőjük az Alloy 400-as nevű sorozat. Jellemző alkalmazásuk az ún. „offshore” területen, azaz tengervízben és hasonló sós közegben üzemelő berendezések gyártása. Erre a célra fejlesztett hegesztőanyagokat tartalmaz a 2. táblázat. Nikkel-réz hegesztőanyaggal készített varrat nagy koncentrációjú NaOH lúgos közegben, valamint gyengébb savas közegben is kiváló korrózióállóságot mutat, amint az a 2. ábrán látható.
2. ábra. Réz-nikkel ötvözetek korróziós sebessége
R405 ötvözet a 400-as sorozat tagja, amely 0.025-0.060% ként tartalmaz a könnyű forgácsolhatóság érdekében. Az R405 ötvözet nehezen hegeszthető. Hegesztése során törekedni kell az alapanyag minél csekélyebb mértékű felkeveredésére, annak érdekében, hogy a varratban a kéndúsulás mértéke ne legyen nagy. Hidrogénfluorid, vagy folypátsavas környezetben a 400-as ötvözet hegesztése után 550-650 C-on végzett feszültségcsökkentő izzításra van szükség a feszültségkorróziós károsodás elkerülése érdekében.
Nikkel-molibdén ötvözetek különböző típusai hasonlóak. A molibdén ötvözésnek köszönhetően az ilyen anyagok korrózióval szembeni ellenálló képességűk kiváló, különösen a lyukkorróziós ellenállásúk klórid-tartalmú redukáló közegben. Míg a régebbi Alloy B típust a hegesztésük során hőhatás övezetben való karbidkiválás miatt 1175 oC-on oldó hőkezelésnek kellett alávetni, addig a továbbfejlesztett Alloy B-2 már használható hegesztett állapotban. Mivel ezek az ötvözetek krómot nem tartalmaznak oxidáló közeggel szemben kevésbé ellenállóak. Az Alloy B-2 ötvözet bármilyen koncentrációjú sósavas közegben, akár emelt hőmérsékleten is használható. Az ötvözet hegesztésére az alkalmazott technológia függvényében az UTP 703 Kb bázikus bevonatú elektróda, vagy az UTP A 703 védőgázos huzal, illetve avi pálca a legalkalmasabb.
Nikkel-króm -(kobalt-vas) ötvözetű hegesztőanyagok
Az elmúlt 50 évben történt fejlesztések az erőművek területén azt a változást hozták, hogy beépített kazánok,hőcserélők, illetve turbinák anyagainak akár háromszor akkora nyomást és ebből adódó feszültséget és akár 200-300 oC-kal magasabb hőmérsékletet is el kell viselniük. Ez a változás újabb anyagok kifejlesztéséhez és alkalmazásához vezetett nukleáris erőművektől a hagyományos erőműveken át a hulladék égető és hasznosító erőművekig. A nikkel-króm ötvözet legfőbb előnye, hogy szilárdságát nagyobb hőmérsékleten is megtartja, miközben a képződő oxidrétegnek köszönhetően az oxidációnak is kiválóan ellenáll. Legelterjedtebb ilyen ötvözet az Alloy 600-as anyag, amely kb. 15% krómot tartalmaz. Ilyen anyagból készült kemencebélések, reaktorok hegesztőanyaga az UTP 068 HH típus, amely kiváló oxidáló, valamint cementáló közegben is. Újabb fejlesztésű anyag a 29% krómot tartalmazó Alloy 690, amely jellemző felhasználási területe atomerőművi csővezetékek kötő és felrakó hegesztése. Az ötvözet kiváló ellenállást tanúsít szemcseközi feszültségkorróziós repedéssel szemben. Bár az alapanyag melegrepedésre hajlamos, megfelelő technológiával UTP 6229Mn, vagy Thermanit 690 hegesztőanyagokkal biztonságosan hegeszthető.
A Ni-Cr, Ni-Fe-Cr és Ni-Cr-Mo ötvözetek hajlamosak a karbidkiválásra, a legtöbb esetben ez nincs olyan hatással a korrózióállóságra, hogy utólagos oldó hőkezelésre lenne szükség. Annak érdekében, hogy a karbidkiválási hajlamot csökkentsék általában kis karbontartalmú és stabilizáló elemeket tartalmazó hegesztőanyagot használnak. 600-as ötvözet hegesztése után a feszültségkorrózió kialakulásának megakadályozása érdekében 900 oC-on feszültségcsökkentő hőkezelést hajtanak végre, abban az esetben, ha a berendezés magas hőmérsékleten és lúgos környezetben dolgozik.
A nikkel ötvözetekben jelenlévő elemek közül sok karbidképző elem. A karbidok nikkel alapú ötvözetekben vegyületet képeznek. A karbidok eloszlásuktól és megjelenési formájuktól függően nagymértékben befolyásolják az anyag mechanikai tulajdonságait, valamint nagyobb hőmérsékleten a kúszással szembeni ellenálló képességét. A kiválásosan keményíthető nikkel ötvözetek alkalmazási területe olyan korróziós közegben üzemelő berendezések, ahol a mechanikai igénybevétel nagyobb szilárdságú anyagot követel meg. Ilyen ötvözeteket hegesztést követően hőkezelni szükséges. A hőkezelési hőmérséklet ötvözet típustól függően 600-760 oC között változhat. Amennyiben szilárdsági követelmények nem tartják szükségesnek megfelelően kiválasztott más típusú hegesztőanyag is alkalmazható.
Hagyományos fosszilis tüzelőanyaggal működő kazánok hőcserélő csöveinek alapanyagául használnak Alloy 617-es ötvözeteket. A 3. ábrából egyértelműen megállapítható, hogy amíg egy ferrites krómacél kúszási szilárdsága 100000 üzemóra és 600 oC-os üzemi hőmérséklet után kb. 100 MPa, addig egy 617 nikkel ötvözet mintegy 700 oC üzemi hőmérséklet esetén is képest ezt a feszültséget elviselni.
3. ábra. Különböző anyagok kúszási törési szilárdsága hőmérséklet függvényében 100000 óra után
Ilyen ötvözet UTP 6170 Co hegesztőanyaggal készített varrata melegrepedéssel szemben ellenálló és oxidáló, illetve cementáló közegben 1100 °C üzemi homérsékletig alkalmazható.
Hagyományos erőműveknél füstgáz összetétele nagy mennyiségű, egészségre és környezetre ártalmas kéndioxidot tartalmaz. A füstgázt kéntelenítőbe vezetik, a kéndioxidot mészkő segítségével megkötik és kálcium-szulfiddá és széndioxiddá alakítják át. A nagy mennyiségű ként tartalmazó közegben a korábban említett nikkel-króm ötvözetek nem használhatóak, mivel a kén az alapanyagban található nikkellel alacsony olvadáspontú szulfidokat képez és magas hőmérsékleten az anyag tönkremegy. Ilyen közegben Alloy 59 típusú ötvözetet és UTP A 759 hegesztőanyagot alkalmazzák, amely ellenáll a kéndioxid káros hatásának.
A nikkel ötvözetű hegesztőanyagok további alkalmazási lehetőségét adja a nikkel azon tulajdonsága, hogy ausztenites szövetszerkezete miatt kis hőmérsékleten sem rideg, ezért kriogén tartályok anyagai lehetnek. Böhler által gyártott hegesztőanyagok varrata több mint 700 MPA szilárdságú, miközben -196 C-on mért ütőmunka értéke 60-120 J között van az alkalmazott technológia és hegesztőanyag függvényében. Ma már 200000 m3 térfogatú X8Ni9 alapanyagból készült folyékony földgáz tároló tartályokat is építettek, amelyben mindegy hatszázszor ennyi térfogatú cseppfolyós halmazállapotú állapotú gázt tárolhatnak.
