CN103831546A

CN103831546A - 一种用于Inconel600合金的焊接材料

Info

Publication number: CN103831546A
Application number: CN201410115037.9A
Authority: CN
Inventors: 李勤峰
Original assignee: JIANGSU SHUANGQIN MINSHENG METALLURIGICAL AND CHEMICAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: JIANGSU SHUANGQIN MINSHENG METALLURIGICAL AND CHEMICAL EQUIPMENT MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明公开了一种用于Inconel600合金的焊接材料，由该焊接材料得到的焊缝表面形貌良好，不仅具有优异的耐腐蚀性能和常温力学性能，而且表现出了明显提高的高温力学性能，能够极大地提升产品的质量和使用寿命。

Description

一种用于Inconel600合金的焊接材料

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于Inconel600合金的焊接材料。

背景技术

Inconel600是一种镍基合金，具有如下化学成分（质量百分比）：C≤0.15%，Cr 14.0～17.0%，Fe 6.0～10.0%，Mn≤1.0%，Cu≤0.5%，Si≤0.5%，S≤0.015%，P≤0.015%，Ni≥72.0%。该合金具有优异的耐高温腐蚀、抗氧化和冷热加工性能，被广泛应用于钛白粉、化工、核电等领域。

合金应用离不开焊接，而焊缝质量是金属产品整体性能（如力学性能、抗腐蚀性能）的一个重要影响因素。若焊接材料选用不当或质量不佳，则焊缝将成为产品整体性能的“短板”。因此，配套的焊接材料被认为是合金研发领域的一个重要组成部分。

目前，用于Inconel600的焊接材料主要是ERNiCr-3，其化学成分为：C≤0.1%，Cr 18～22%，Fe≤3.0%，Mn 2.5～3.5%，Nb+Ta 2.0～3.0%，Ti≤0.75%，Si≤0.5%，Cu≤0.5%，S≤0.015%，P≤0.03%，Ni≥67.0%。针对Inconel600热裂纹敏感性强、液体流动性差的特点，该焊接材料焊接过程中可有效避免未熔合现象，焊缝气孔率低，且常温机械性能良好。但是应用中发现，ERNiCr-3作为Inconel600的焊接材料仍然存在不足，突出表现为焊缝高温力学性能不理想。这一缺陷使得Inconel600合金产品在高温应用环境下的稳定性和安全性存在隐患，从而限制了Inconel600合金产品在某些对力学性能有要求的高温环境下的应用。

考虑到Inconel600在实际应用中多处于高温环境，研发性能特别是高温力学性能更佳的配套焊接材料就显得尤为必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于Inconel600合金的焊接材料。由该焊接材料得到的焊缝不仅具有良好的表面形貌（不会出现裂纹、气孔、咬边等缺陷）和耐腐蚀性能，而且具有优异的常温和高温力学性能，能够极大地提升产品的质量和使用寿命。

本发明提供的一种用于Inconel600合金的焊接材料，按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.07%，Cr 16.0～18.0%，Fe 6.0～10.0%，Mn≤1.0%，Nb 1.5～3.0%，Si 0.6～1.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，Ni≥70.0%。

优选地，本发明的焊接材料中，C≤0.05%，Cr 16.0～17.0%，Fe 7.0～8.0 %，Mn≤0.7%，Nb 2.0～2.5%，Si 0.8～1.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，Ni≥72.0%。

更为优选地，本发明焊接材料中，C 0.03%，Cr 16.8%，Fe 7.2%，Mn 0.4%，Nb 2.45%，Si 0.85%，S 0.002%，P 0.002%，Ni余量。

本发明用于Inconel600合金的焊接材料可以以本领域常规的各种形式使用，例如：焊丝。由已知成分的焊接材料制备焊丝的工艺对于本领域技术人员而言是公知的。例如，可以经拉拔、校直和切断步骤制备焊丝。根据使用需要，焊丝可被制成各种尺寸。

本发明的目的还在于提供上述焊接材料在焊接Inconel600合金中的用途。

使用本发明的焊接材料进行Inconel600合金焊接时可采用已知的各种常规焊接工艺，包括但不限于熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊、自动焊等，其中优选采用无需预热和热处理的非熔化极气体保护焊（GTAW）工艺。

本发明的焊接材料和焊接工艺适用于各类样式的Inconel600合金材料，包括但不限于Inconel600线材、板材、管材等等。

相对于现有技术中用于Inconel600的已知焊接材料，本发明通过调整焊接材料中各成分的种类和比例，使得各组分之间能够发挥出更加优越的协同功能。该焊接材料焊接的焊缝不会出现裂纹、气孔、咬边等缺陷，且具有优异的耐腐蚀性能、常温和高温力学性能；相较于ERNiCr-3，它在高温力学性能方面表现出了明显优势。

附图说明

图1是实施例1中焊接试样采用V型对接坡口的结构示意图；

图2是实施例2中焊接试样采用U型对接坡口的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例以对本发明做进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

选用两块规格均为450mm×75mm×20mm的Inconel600轧制板材作为焊接试样，采用V型对接坡口，坡口型式为：钝边长度1mm，坡口角度60°。对接结构如图1所示。

采用GTAW焊接工艺对上述焊接试样进行焊接；使用的焊机型号为WSM-4000逆变式脉冲氩弧焊机；使用的焊材是直径为φ2.4mm的焊丝，其成分为：C 0.03%，Cr 16.8%，Fe 7.2%，Mn 0.4%，Nb 2.45%，Si 0.85%，S 0.002%，P 0.002%，Ni余量。

焊机与焊接试样的连接方式为直流正接。焊接过程包括以下步骤：

（1）将待焊接试样的坡口表面清理干净，保持清洁干燥，然后将坡口根据上述V型对接方式对接，以点焊固定好位置，然后通氩气进行保护；

（2）对焊接试样进行打底焊接，焊接电流95A，电压13V，焊速约1.0mm/s，焊满两层；

（3）进行填充焊和盖面焊，焊接电流110A，电压14V，焊速约1.2mm/s。

实施例2

选用两段规格均为φ120mm（外径）×15mm（壁厚）×150mm（长度）的Inconel600管段作为焊接试样，采用U型对接坡口，坡口形式为钝边长度1mm，半径4mm，坡口角度25°。对接结构如附图2所示。

采用与实施例1相同的焊材、设备和焊接工艺，对上述焊接试样进行焊接。焊机与焊接试样的连接方式为直流正接。

焊接过程包括以下步骤：

（1）将待焊接试样的坡口表面清理干净，保持清洁干燥，然后将坡口根据上述U型对接方式对接，以点焊固定好位置，然后通氩气进行保护；

（2）对焊接试样进行打底焊接，焊接电流90A，电压12V，焊速约0.8mm/s，焊满两层；

（3）进行填充焊和盖面焊，焊接电流100A，电压13V，焊速约1.0mm/s。

实施例3（对比）

将实施例1中的焊材更改成直径为φ2.4mm的ERNiCr-3焊丝，其它条件不变。

实施例4（对比）

将实施例2中的焊材更改成直径为φ2.4mm的ERNiCr-3焊丝，其它条件不变。

性能测试

1、根据JB/T4730.5-2005，对焊缝表面进行渗透检测（PT）

结果显示：实施例1-4的焊缝表面均未发现裂纹、气孔、咬边等缺陷，符合JB/T4730.5-2005Ⅰ级要求。

2、根据JB/T4730.2-2005，对焊缝进行射线检测（RT）

结果显示：实施例1-4的焊缝未发现任何缺陷，符合JB/T4730.2-2005Ⅰ级要求。

3、根据GB/T228-2010，对试样取样进行常温（25℃）拉伸性能测试

测试结果如表1所示。

表1 室温拉伸测试结果

Figure 2014101150379100002DEST_PATH_IMAGE001

上述测试结果表明，实施例1-4的样品均符合ASTM UNS NO6600要求。本发明的焊接材料与ERNiCr-3在应用于Inconel600合金焊接时表现出来的常温力学性能大致相当。

4、根据GB/T232-2010，对样品取样并进行侧弯试验测试

结果显示：均未发现裂纹，符合GB/T232-2010要求。

5、根据GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸试验方法》，对样品取样，在670℃进行高温短时力学性能测试

具体测试过程如下：根据标准要求加工样品，然后用夹块将试样固定在WDE-300B高温万能试验机上，随后将温度升高到667～673℃；保持温度，缓慢增加载荷，直至试样断裂。

记录断裂时负载的强度和断裂位置，结果如表2所示。

表2 在670℃拉伸测试结果

Figure 2014101150379100002DEST_PATH_IMAGE002

从表2的结果可以看出，在670℃下，采用ERNiCr-3为焊材的样品在400MPa左右的拉伸力下焊缝就发生了断裂；而采用本发明公开的焊材的样品，即使在超过450MPa的拉伸力作用下、在母材已经断裂的情况下，焊缝也没有断裂。该结果表明，作为Inconel600合金的焊接材料，本发明公开的焊接材料在高温力学性能方面远远优于ERNiCr-3。

综上可知，本发明的焊接材料在用于Inconel600合金焊接时，所得焊缝不仅具有良好的表面形貌和常温力学性能，而且具有显著提高的高温力学性能。这能够极大地提升产品的质量，并且对扩展Inconel600合金产品在各种高温环境下的应用能够起到很好的推动作用。

Claims

1.一种用于Inconel600合金的焊接材料。

2.根据权利要求1所述的用于Inconel600合金的焊接材料，其特征在于，按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.07%，Cr 16.0～18.0%，Fe 6.0～10.0%，Mn≤1.0%，Nb 1.5～3.0%，Si 0.6～1.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，Ni≥70.0%。

3.根据权利要求2所述的用于Inconel600合金的焊接材料，其特征在于，按质量百分比计，由以下化学成分组成：C≤0.05%，Cr 16.0～17.0%，Fe 7.0～8.0 %，Mn≤0.7%，Nb 2.0～2.5%，Si 0.8～1.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，Ni≥72.0%。

4.根据权利要求3所述的用于Inconel600合金的焊接材料，其特征在于，按质量百分比计，由以下化学成分组成：C 0.03%，Cr 16.8%，Fe 7.2%，Mn 0.4%，Nb 2.45%，Si 0.85%，S 0.002%，P 0.002%，Ni余量。

5.权利要求1-4中任一项所述的焊接材料在焊接Inconel600合金中的用途。

6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，使用焊接材料进行Inconel600合金焊接时采用的焊接工艺选自熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊或自动焊，优选采用非熔化极气体保护焊（GTAW）工艺。

7.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述Inconel600合金是Inconel600线材、板材或管材。