Metall. Mater. Trans. A：焊接方法和焊接材料对Inconel 625和316L不锈钢异种接头性能的研究

【引言】

Inconel 625是一种镍基固溶合金，具有良好的物理、化学性能，如强度高、耐腐蚀，高温蠕变性能好等众多优点，所以广泛应用在航空航天、石油化工和船舰等。316L不锈钢具有耐腐蚀、制造成本低等优点，所以在石油、化工和气体容器等行业有广泛应用。而目前针对不锈钢的焊接研究主要集中在含碳量较高的310不锈钢，还没有研究人员对316L不锈钢和Inconel 625合金异种接头焊接性进行研究。

【成果简介】

近日，伊斯兰自由大学Reza Derakhshandeh-Haghighi（通讯作者）在Metallurgical and Materials Transactions A发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”。在该文中，研究人员利用不同的表征技术研究了焊接材料对316L不锈钢和Inconel 625合金异种接头手工电弧焊和钨极惰性气体保护焊的焊接接头组织与性能的关系。

【图文导读】

图1 焊接件坡口示意图

图2 焊接接头横截面宏观图

 （a）手工电弧焊的焊接接头横截面（焊条为ERNiCrMo-3）

（b）钨极惰性气体保护焊的焊接接头横截面（焊丝为ERNiCrMo-3）

图3 未经处理的母材的显微组织

（a）未经处理的Inconel625的显微组织

（b）未经处理的316L不锈钢的显微组织

图4 Inconel625母材的扫描电镜图

图5 显微组织中碳化物的EDS分析

（a）块状碳化物的EDS图

（b）杆状碳化物的EDS图

图6 ERNiCrMo-3焊丝，GTA焊缝光镜下的显微组织

（a）焊缝显微组织（奥氏体上有枝晶间碳化物）

（b）焊缝在高倍镜下的显微组织

图7 ERNiCrMo-3焊丝，GTA焊缝扫描电镜图

（a）使用ERNiCrMo-3焊丝，GTA焊缝的树枝晶高倍下的显微组织

（b）焊缝中心线到熔合区的显微组织

（c）使用ERNiCrMo-3焊丝，GTA焊缝的等轴晶高倍下的显微组织

图8 ERNiCrMo-3焊丝，GTA焊缝金属的EDS分析

（a）枝晶间物质的EDS分析（图7中箭头“A”处）

（b）枝晶核的EDS分析（图7中箭头“B”处）

图9 ERSS-316L焊丝，GTA焊缝显微组织

（a）焊缝柱状晶的扫描电镜图

（b）枝晶间显微组织中δ铁素体的光镜图

图10 ENiCrMo-3焊条进行手工电弧焊得到的焊缝

（a）焊缝的显微组织（存在laves相）

（b）左图箭头“A”处的EDS分析

图11 热输入对焊缝显微组织的影响

（a）钨极惰性气体保护焊得到的显微组织

（b）手工电弧焊得到的显微组织

图12 焊缝和母材Inconel 625界面的显微组织

（a）焊缝和母材Inconel 625较好熔合

（b）焊缝和母材Inconel 625几乎不熔合

图13 316L不锈钢母材和ERSS316L焊缝界面的显微组织

（a）316L不锈钢母材和ERSS316L焊接材料完全熔合时的显微组织

（b）316L不锈钢母材和ERSS316L焊接材料很难熔合时的显微组织

图14 316L不锈钢母材和ERSS316L焊接界面外延生长时的显微组织

图15 316L母材和ERNiCrMo-3焊接材料非熔合区的显微组织

（a）焊接方法为钨极惰性气体保护焊时的未熔合区

（b）焊接方法为手工电弧焊时的未熔合区

图16 Inconel 625热影响区粗化的显微组织

（a）钨极惰性气体保护焊焊接接头

（b）手工电弧焊焊接接头

图17 热影响区碳化物转变的显微组织

（a）Inconel625热影响区碳化物消失的扫描电镜图

（b）晶粒边界沿细小碳化物析出粗大碳化物的光镜图

图18 焊缝硬度图

【小结】

在ERNiCrMo-3焊材凝固过程中，Nb和Mo会远离枝晶的晶核并远离枝晶的晶间，而ERSS316L焊材存在少量偏析的元素。所以通过实现过冷，进而实现从包晶到树枝晶或等轴晶的转变是不太可能。采用钨极惰性气体保护焊时，降低热输入会获得更大的冷却速度、细小的显微组织并能降低Nb的偏析。采用ERNiCrMo-3焊丝进行GMAW焊接得到的接头具有最高的抗拉强度、伸长率，冲击功最高。而使用ERSS316L焊丝进行GMAW焊接得到的接头具有最低的抗拉强度、最小的伸长率和最低的冲击功。手工电弧焊得到的焊接接头比GMAW焊接得到的接头性能要差，这是因为SMAW焊接得到的焊缝晶粒较粗大。所以采用ERNiCrMo-3焊丝进行GMAW焊接是最适合连接Inconel 625合金和316L不锈钢的焊接方法。

文献链接：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）。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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