Inconel601鎳基高溫合金焊接工藝研究

0前言

Inconel601作為Huntington Alloy公司于20世紀(jì)70年代開發(fā)的固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金，具有較強(qiáng)的抗強(qiáng)氧化介質(zhì)腐蝕及優(yōu)良的高溫強(qiáng)度，被廣泛的應(yīng)用于石油化工，航空航天，環(huán)保發(fā)電等領(lǐng)域

。優(yōu)良的抗高溫氧化性、高溫力學(xué)性能等使得Inconel601在石化行業(yè)備受青睞，在脂肪酸加工領(lǐng)域的蒸餾器、冷凝器、加熱器等上得到了有效的應(yīng)用

。但由于鎳基合金存在導(dǎo)熱性及流動(dòng)性差等缺點(diǎn)，且Inconel601合金中加入了各種固溶強(qiáng)化元素

，使得其焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)焊接裂紋、組織偏析等缺陷。又因Ni與S、P、N、O等極易形成低熔點(diǎn)共晶物，焊縫極容易產(chǎn)生熱裂紋，且Inconel601合金中含有Ti、Nb、Al等質(zhì)變劑作用的元素，這些元素使焊接難度進(jìn)一步增大。焊接接頭作為高溫耐蝕合金最薄弱的環(huán)節(jié)，在高溫服役過(guò)程中，如受到腐蝕破壞，導(dǎo)致設(shè)備失效，會(huì)造成不可估量的損失

。因此研究Inconel601合金的焊接工藝，保證焊接接頭的各項(xiàng)性能指標(biāo)，對(duì)耐熱、耐蝕設(shè)備的制造及使用具有重要意義。

在核心數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)元數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)了一個(gè)數(shù)據(jù)模式，剛開始創(chuàng)建數(shù)據(jù)集的時(shí)候，應(yīng)該先把相同的文件模式進(jìn)行解析，并把獲得的數(shù)據(jù)加入到數(shù)據(jù)元庫(kù)中。在入庫(kù)的過(guò)程中還應(yīng)該提供詳細(xì)的日志信息，對(duì)數(shù)據(jù)的類型、格式以及時(shí)間等內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，達(dá)到大幅度提高數(shù)據(jù)錄入的效率和準(zhǔn)確性[4]。

還不可怕么？試想這些連基本分?jǐn)?shù)運(yùn)算都不會(huì)的青少年，以后如何學(xué)習(xí)中等數(shù)學(xué)和科學(xué)？又如何進(jìn)入大學(xué)和職場(chǎng)？即使日常生活中如購(gòu)物、儲(chǔ)蓄等事項(xiàng)對(duì)他們都會(huì)構(gòu)成挑戰(zhàn)！

1 焊接工藝與方法

1.1 焊材材料的選擇

Inconel601高溫合金的化學(xué)成分見表1，固溶退火狀態(tài)下的力學(xué)性能見表2?；贗nconel601合金的化學(xué)成分、力學(xué)性能及材料本身的焊接特性，應(yīng)選擇含碳量低、雜質(zhì)元素低、Fe元素含量稍低且固溶強(qiáng)化元素稍高的焊接材料進(jìn)行焊接。

此前選擇ERNiCrFe-11作為填充焊絲，易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。焊絲ERNiCrFe-11與ERNiCr-CoMo-1的化學(xué)成分對(duì)比見表3。以圖1

作為參考指南評(píng)估結(jié)晶裂紋的敏感性，隨著Cr

的增加，材料對(duì)結(jié)晶裂紋變得不敏感，Cr

的增加能夠有效阻止結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。由于結(jié)晶時(shí)Cr、Mo等元素不斷向晶間聚集，會(huì)使焊縫的耐腐蝕能力下降。ERNiCrCoMo-1中不僅因Mo的增加，提高了鉻當(dāng)量 （Cr

），而且因添加了更多的Co、Mo、Al、Ti等固溶強(qiáng)化元素，在抑制低熔點(diǎn)共晶物形成、提高共晶溫度的同時(shí)，形成γ’-Ni3Al相及γ’相來(lái)改善強(qiáng)度

。ERNiCrCoMo-1中Mo元素的低擴(kuò)散性，對(duì)提高焊縫的蠕變強(qiáng)度有一定得作用，同時(shí)鎳基合金中加入Mo元素，能夠有效的改善其塑性，鎳鉻合金中加入6%~12%的Mo元素，會(huì)使合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和耐蝕性能

。ERNiCr-CoMo-1作為填充金屬，具有更高的抗裂性

。查閱焊材材質(zhì)單，ERNiCrCoMo-1熔敷金屬的力學(xué)性能見表4，綜合考量，Inconel601合金選用強(qiáng)度高于母材的ERNiCrCoMo-1焊材作為焊接的填充金屬。

1.2 焊接試件的制備

制備兩組橫向拉抻試樣，如圖3所示。按照GB/T 228.1—2010進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表6。通過(guò)數(shù)據(jù)，可以看出焊縫部位有更高于母材的抗拉強(qiáng)度，且試樣有良好的室溫延性。試件斷后伸長(zhǎng)率略低于母材，從試件的外觀也可以看出，母材的縮頸明顯大于焊縫處，故焊縫處的塑性略低于母材。

使用XXG-3005充氣式X射線探傷儀對(duì)焊接試板進(jìn)行100%射線檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果焊縫中無(wú)裂紋、氣孔等缺陷。

1.3 焊接工藝的選擇

制備Inconel601鎳基高溫合金彎曲試樣，通過(guò)對(duì)焊縫正面及背面按照GB/T 2653—2008進(jìn)行彎曲，驗(yàn)證焊縫及熱影響區(qū)的塑性指標(biāo)、接頭的致密性及連續(xù)性，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，對(duì)試樣進(jìn)行180°彎曲試驗(yàn)，彎心直徑為4倍試樣厚度。彎曲后，試樣焊縫及熱影響區(qū)表面光滑，未出現(xiàn)裂紋、開口等缺陷，說(shuō)明焊縫的強(qiáng)度雖略高于母材，但焊縫及熱影響區(qū)仍能保持優(yōu)異的塑性指標(biāo)。

晶間腐蝕是鎳基合金在服役過(guò)程中出現(xiàn)失效的一個(gè)重要因素

。晶間腐蝕是基于晶界與晶粒耐蝕性的差異，依據(jù)貧鉻理論，晶間因Cr

C

的析出而產(chǎn)生“貧鉻區(qū)”，腐蝕從“貧鉻區(qū)”開始逐步向金屬內(nèi)部擴(kuò)展，破壞晶體結(jié)構(gòu)，使材料的力學(xué)性能大大下降，并最終使設(shè)備失效。根據(jù)晶間腐蝕機(jī)理，可以通過(guò)測(cè)量試樣在腐蝕條件下的失重來(lái)判斷其耐晶間腐蝕能力。

2 性能檢測(cè)與討論

2.1 無(wú)損檢測(cè)

對(duì)于老年人心血管患者精神護(hù)理做的好與壞，是治療能否成功的關(guān)鍵，因此，在護(hù)理上要及早的消除不配合治療的思想因素，讓我們的治療及護(hù)理工作更為高效。

2.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

由于鎳基合金熱導(dǎo)率比較低，因此熔敷金屬的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性均較差。在此條件下，焊縫熔深較淺，焊縫根部不易焊透，故可以通過(guò)增大坡口角度和減小鈍邊的方式實(shí)現(xiàn)焊縫的熔透。將300 mm×150 mm×8 mm的Inconel601合金試件，加工成70°坡口，并按圖2所示形式組對(duì)焊接。

煤礦機(jī)械開采技術(shù)要隨著時(shí)代的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，須處理好機(jī)器的安全系統(tǒng)和采掘安全關(guān)鍵問(wèn)題，在煤礦掘進(jìn)施工過(guò)程中須形成一套合理的生產(chǎn)流程，并隨具體狀況不斷改進(jìn)。由于采煤設(shè)備多具有其獨(dú)特的施工工藝和運(yùn)行原理，做好事先生產(chǎn)管理體系，可保證機(jī)器設(shè)備的可靠性，提高掘進(jìn)技術(shù)。

對(duì)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，抗拉強(qiáng)度略有上升，塑性指標(biāo)略有下降，是因?yàn)楹覆闹刑砑恿薈o，Mo等元素，增加了焊縫金屬的強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)其熱強(qiáng)性也有所提升，正是因?yàn)閮煞N元素的增加，降低了有色金屬的塑性和延性，宏觀表現(xiàn)為拉伸試驗(yàn)使焊縫處的收縮率低于母材。但通過(guò)彎曲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，降低的塑性，對(duì)材料的使用并沒(méi)有產(chǎn)生較大的影響，仍然能在要求的彎曲條件下，保持材料的完整性，從而保證了焊縫在彎曲或成型的過(guò)程中，依舊保持優(yōu)異的性能。

在生態(tài)學(xué)的各個(gè)章節(jié)中，個(gè)體與環(huán)境、生物種群、生態(tài)系統(tǒng)等內(nèi)容都可以采用學(xué)生作報(bào)告的方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將被動(dòng)的“要我學(xué)”變?yōu)橹鲃?dòng)的“我要學(xué)”。

2.3 晶間腐蝕試驗(yàn)

Inconel601合金的焊接極易產(chǎn)生凝固裂紋，因此需要嚴(yán)格對(duì)坡口邊緣與焊材進(jìn)行清理，清除焊材及坡口邊緣至少50 mm范圍內(nèi)的污染物，避免污染物中的有害元素進(jìn)入焊縫熔池，形成低熔點(diǎn)共晶物，產(chǎn)生熱裂紋。同時(shí)還需要清除坡口邊緣及焊材上的氧化膜，因氧化膜的熔點(diǎn)高于焊縫金屬的熔點(diǎn)，未熔化的氧化膜進(jìn)入熔池，極容易產(chǎn)生焊縫內(nèi)部缺陷。焊接采用擺動(dòng)的方式，增加熔池的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性，可以有效的解決熔敷金屬流動(dòng)性差造成的坡口邊緣未熔合缺陷

。

按照GB/T 15260—2016 A法制作腐蝕試樣，使用硫酸-硫酸鐵試劑對(duì)30 mm×20 mm×2 mm試樣進(jìn)行微沸24 h為1周期的晶間腐蝕敏感性試驗(yàn)，共進(jìn)行5個(gè)周期。腐蝕后宏觀試樣如圖5所示，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以看出焊接接頭保持著非常好的耐晶間腐蝕性能，這是由于焊接過(guò)程使用了較小的熱輸入，焊縫結(jié)晶時(shí)冷卻速度較快，過(guò)冷度增大。焊縫結(jié)晶時(shí)形核速度增加，使焊縫金屬形成細(xì)小的晶粒。同時(shí)在經(jīng)歷材料敏化區(qū)間的過(guò)程中，由于焊材中增加的Ti的穩(wěn)定化作用，可以優(yōu)先與碳結(jié)合，形成TiC，從而阻止了Cr、Mo等元素形成碳化物，所以焊縫中很少析出鉻、鉬的碳化物，又因焊材中增加了Mo的含量，提高了鉻當(dāng)量，彌補(bǔ)了因形成M

C

型碳化物損失的Cr元素，避免產(chǎn)生貧鉻區(qū)，提高耐晶間腐蝕能力。

2.4 金相分析

使用金相顯微鏡觀察Inconel601鎳基高溫合金焊接試件的微觀組織如圖7所示。焊縫為柱狀晶的單相奧氏體組織，與熱影響區(qū)、母材相比，焊縫晶粒較為細(xì)小，且沒(méi)有連續(xù)的沉淀物，無(wú)明顯的碳化物、中間相等組織。通過(guò)對(duì)焊縫的觀察，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

3 結(jié)論

（1）使用ERNiCrCoMo-1焊材焊接Inconel601高溫鎳基合金，焊縫及熱影響區(qū)的抗拉強(qiáng)度及塑性均能得到良好的保證，且有優(yōu)異的抗結(jié)晶裂紋能力，能夠有效的避免結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生。

（2）使用較小的熱輸入焊接Inconel601合金，同時(shí)因焊材中固溶強(qiáng)化元素的加入，提高了焊縫的耐晶間腐蝕能力。

[1]DAS N.Adcances in nikel-based cast superalloys[J].Transactions of the Indian Institute of Metals，2010，63（2/3）：265-274.

[2]KWIECIEN M，MAJTAJ,DZIEDZIC D.Shear deformation and failure of explosive welded Inconel-microalloyed steels bimetals[J].Archives of Civil and Mechanical Enfineering，2014，14（1）：22-39.

[3]樂(lè)精華，蓋廣平，裴耀貴.英康乃爾和英康洛依合金及其應(yīng)用[J].閥門，2008（4）：21-24.

[4]BUSCAL H，PERRIER S，JOSSE C.Oxidation mechanism of the Inconel 601 alloy at high temperature[J].Poundry Technology，2010，31（7）：906-909.

[5]黃乾堯，李漢康.高溫合金[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2000.

[6]KARJALAINEN L P,KUJANPAV P,SUUTALA N.Hot cracking in iron base alloys：effect of solidification mode[J]//Advances in Welding Science and Technology，1986：145-149.

[7]張勇.鎳基材料焊接技術(shù)研究及應(yīng)用[J].煉油與化工，2015（5）：51-54.

[8]陸世英，康喜范.鎳基及鐵鎳基耐蝕合金[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

[9]LIPPOLDJC，SOWARDJ，ALEXANDROWBT，et al.Hot crackingphenomenain welds II[M].Berlin:Springer，2008.

[10]HENDERONMB，ARRELLD，LARSSONR，et al.Nickel based superalloy welding practices for industrial gas turbine application[J].Science and Technology of Welding and Joining，2004，9（1）：12-21.

[11]裴德年.進(jìn)口Ni200純鎳管道的焊接及質(zhì)量控制[J].化工管理，2014（12）：190-193.

[12]于曉飛.304、316不銹鋼晶間腐蝕的試驗(yàn)與理論研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.