Metall. Mater. Trans. A：焊接方法和焊接材料對Inconel 625和316L不銹鋼異種接頭性能的研究

【引言】

Inconel 625是一種鎳基固溶合金，具有良好的物理、化學性能，如強度高、耐腐蝕，高溫蠕變性能好等眾多優點，所以廣泛應用在航空航天、石油化工和船艦等。316L不銹鋼具有耐腐蝕、制造成本低等優點，所以在石油、化工和氣體容器等行業有廣泛應用。而目前針對不銹鋼的焊接研究主要集中在含碳量較高的310不銹鋼，還沒有研究人員對316L不銹鋼和Inconel 625合金異種接頭焊接性進行研究。

【成果簡介】

近日，伊斯蘭自由大學Reza Derakhshandeh-Haghighi（通訊作者）在Metallurgical and Materials Transactions A發表了最新的研究成果“Evaluating the Properties of Dissimilar Metal Welding Between Inconel 625 and 316L Stainless Steel by Applying Different Welding Methods and Consumables”。在該文中，研究人員利用不同的表征技術研究了焊接材料對316L不銹鋼和Inconel 625合金異種接頭手工電弧焊和鎢極惰性氣體保護焊的焊接接頭組織與性能的關系。

【圖文導讀】

圖1 焊接件坡口示意圖

圖2 焊接接頭橫截面宏觀圖

?（a）手工電弧焊的焊接接頭橫截面（焊條為ERNiCrMo-3）

（b）鎢極惰性氣體保護焊的焊接接頭橫截面（焊絲為ERNiCrMo-3）

圖3 未經處理的母材的顯微組織

（a）未經處理的Inconel625的顯微組織

（b）未經處理的316L不銹鋼的顯微組織

圖4 Inconel625母材的掃描電鏡圖

圖5 顯微組織中碳化物的EDS分析

（a）塊狀碳化物的EDS圖

（b）桿狀碳化物的EDS圖

圖6 ERNiCrMo-3焊絲，GTA焊縫光鏡下的顯微組織

（a）焊縫顯微組織（奧氏體上有枝晶間碳化物）

（b）焊縫在高倍鏡下的顯微組織

圖7 ERNiCrMo-3焊絲，GTA焊縫掃描電鏡圖

（a）使用ERNiCrMo-3焊絲，GTA焊縫的樹枝晶高倍下的顯微組織

（b）焊縫中心線到熔合區的顯微組織

（c）使用ERNiCrMo-3焊絲，GTA焊縫的等軸晶高倍下的顯微組織

圖8 ERNiCrMo-3焊絲，GTA焊縫金屬的EDS分析

（a）枝晶間物質的EDS分析（圖7中箭頭“A”處）

（b）枝晶核的EDS分析（圖7中箭頭“B”處）

圖9 ERSS-316L焊絲，GTA焊縫顯微組織

（a）焊縫柱狀晶的掃描電鏡圖

（b）枝晶間顯微組織中δ鐵素體的光鏡圖

圖10 ENiCrMo-3焊條進行手工電弧焊得到的焊縫

（a）焊縫的顯微組織（存在laves相）

（b）左圖箭頭“A”處的EDS分析

圖11 熱輸入對焊縫顯微組織的影響

（a）鎢極惰性氣體保護焊得到的顯微組織

（b）手工電弧焊得到的顯微組織

圖12 焊縫和母材Inconel 625界面的顯微組織

（a）焊縫和母材Inconel 625較好熔合

（b）焊縫和母材Inconel 625幾乎不熔合

圖13 316L不銹鋼母材和ERSS316L焊縫界面的顯微組織

（a）316L不銹鋼母材和ERSS316L焊接材料完全熔合時的顯微組織

（b）316L不銹鋼母材和ERSS316L焊接材料很難熔合時的顯微組織

圖14 316L不銹鋼母材和ERSS316L焊接界面外延生長時的顯微組織

圖15 316L母材和ERNiCrMo-3焊接材料非熔合區的顯微組織

（a）焊接方法為鎢極惰性氣體保護焊時的未熔合區

（b）焊接方法為手工電弧焊時的未熔合區

圖16 Inconel 625熱影響區粗化的顯微組織

（a）鎢極惰性氣體保護焊焊接接頭

（b）手工電弧焊焊接接頭

圖17 熱影響區碳化物轉變的顯微組織

（a）Inconel625熱影響區碳化物消失的掃描電鏡圖

（b）晶粒邊界沿細小碳化物析出粗大碳化物的光鏡圖

圖18 焊縫硬度圖

【小結】

在ERNiCrMo-3焊材凝固過程中，Nb和Mo會遠離枝晶的晶核并遠離枝晶的晶間，而ERSS316L焊材存在少量偏析的元素。所以通過實現過冷，進而實現從包晶到樹枝晶或等軸晶的轉變是不太可能。采用鎢極惰性氣體保護焊時，降低熱輸入會獲得更大的冷卻速度、細小的顯微組織并能降低Nb的偏析。采用ERNiCrMo-3焊絲進行GMAW焊接得到的接頭具有最高的抗拉強度、伸長率，沖擊功最高。而使用ERSS316L焊絲進行GMAW焊接得到的接頭具有最低的抗拉強度、最小的伸長率和最低的沖擊功。手工電弧焊得到的焊接接頭比GMAW焊接得到的接頭性能要差，這是因為SMAW焊接得到的焊縫晶粒較粗大。所以采用ERNiCrMo-3焊絲進行GMAW焊接是最適合連接Inconel 625合金和316L不銹鋼的焊接方法。

文獻鏈接：Evaluating the Properties of Dissimilar Metal Welding Between Inconel 625 and 316L Stainless Steel by Applying Different Welding Methods and Consumables（Metallurgical and Materials Transactions A，2018，doi.org/10.1007/s11661-018-4469-7）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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