为了研究 Inconel 601 镍基高温合金的焊接工艺，基于材料的化学成分、机械性能、冶金性能等性能 ERNiCrCoMo-1 焊接材料 它被选为填充金属。 Inconel 601 的焊接测试是通过热输入控制和焊接参数调整进行的。 对于焊接接头，还进行了机械性能测试、腐蚀测试和金相分析。 结果表明，通过控制热输入实现了较大的冷却速率，在合金元素的冶金作用下，焊接金属实现了良好的抗裂性，而不会在焊缝中引起晶体裂纹，焊缝美观地形成; 焊接接头具有优异的机械性能和良好的耐腐蚀性。

0。 前言

Inconel 601 是 Huntington Alloys 于 1970 年代开发的一种固溶增强镍基高温合金。 具有很强的抗氧化介质腐蚀能力和优良的高温强度，广泛应用于石油化工、航空航天、环境收获等领域。 Inconel 601 因其优异的高温抗氧化性和高温机械性能而在石油化工行业受到高度重视，并有效应用于脂肪酸加工领域的蒸馏器、冷凝器、加热器等。 但由于镍基合金的导热系数和流动性低，并且Inconel 601合金中添加了各种固溶强化元素，因此在焊接过程中容易造成焊接裂纹、结构偏析等缺陷。 低熔点共晶化合物易在 Ni 和 S、P、N、O 等之间形成，因此焊缝容易发生热裂纹。 此外，Inconel 601 合金中含有具有改性作用的元素，如 Ti、Nb 和 Al，这进一步增加了焊接的难度。 焊接接头是高温耐腐蚀合金最薄弱的部分，如果在高温使用过程中腐蚀和损坏，将造成巨大的损失，从而导致设备故障。 因此，研究 Inconel 601 合金的焊接工艺以确保焊接接头的各种性能指标，在耐热和耐腐蚀设备的生产和使用中非常重要。

1. 焊接工艺和焊接方法

1.1 焊接材料的选择

Inconel 601 高温合金的化学成分见表 1，固溶退火状态下的机械性能见表 2。 对于焊接，需要选择含碳量少、杂质元素少、Fe元素含量略低、固溶强化元素略高的。
表 1 Inconel 601 高温合金材料的化学成分

表 2 Inconel 601 高温合金材料的机械性能

以前，选择容易发生晶体开裂的 ERNiCrFe-11 作为填充丝。 表 11 显示了焊丝 ERNiCrFe-1 和 ERNiCrCoMo-3 的化学成分比较。 使用图 1 作为评估晶体开裂敏感性的参考指南。不可 缺少 随着它的增加，材料变得不易出现晶体裂纹。 增加 C不可 缺少 能有效防止结晶裂纹的发生。 在结晶过程中，Cr 和 Mo 等元素不断向晶界团聚，从而降低了焊缝的耐腐蚀性。 添加更多的固溶强化元素，如 Co、Mo、Al、Ti，不仅增加了铬当量 （C），而且不可 缺少ERNiCrCoMo-1 中 Mo 的增加抑制了低熔点共晶的形成，提高了共晶温度，导致形成 γ'-Ni3Al 和 γ' 相，从而提高了它们的强度。 由于 ERNiCrCoMo-1 中 Mo 元素的低扩散，对提高焊缝的蠕变强度有一定的作用。 同时，在镍基合金中添加 Mo 元素可以有效提高其塑性。 在镍铬合金中加入 6%~12% 的 Mo 元素可以赋予合金优异的高温机械性能和耐腐蚀性。 ERNiCrCoMo-1 作为填充金属具有很高的抗裂性。 根据焊接材料表，ERNiCrCoMo-1 焊接金属的机械性能如表 4 所示。 经过综合考虑，Inconel 601 合金选择比母材更坚固的 ERNiCrCoMo-1 焊接材料作为焊接的填充金属。
表 3 ERNiCrFe-11 和 ERNiCrCoMo-1 焊接材料的化学成分

图 1 基于材料成分的凝结裂纹敏感性表 4 ERNiCrCoMo-1 气相沉积金属
的力学性能

1.2 焊接试样的制备

镍基合金的导热性较低，这可能会导致沉积金属具有更好的流动性和润湿性。 在这种状态下，焊缝的熔透变浅，焊缝的路线难以熔透。 因此，可以通过增加坡口角度和减少钝边来实现焊缝熔深。 将 300 mm × 150 mm × 8 mm 的 Inconel 601 合金试样加工成 70° 凹槽并焊接成图 2 所示的形状。

图 2 焊缝坡口尺寸和加工图

1.3 选择焊接工艺

Inconel 601 合金含有许多合金元素，不正确的焊接工艺和参数会导致焊缝中形成晶体裂纹。 虽然焊接金属的流动性差，但不可能增加热输入量和加深熔深。 如果盲目增加热输入量，不仅不能增加熔深，而且焊缝中会出现微裂纹，这会缩短设备的使用寿命。 公式：显示了相同焊接条件下同一试样

的凝固温度范围 ΔT。 传热效率 η、导热系数 K、初始温度 T

O、液体温度 TL 所有这些都是恒定的。 同时，焊膏区的长度 L 仅与电压 V 和电流 I 有关。 减少热输入可以减少结晶过程中凝胶区的长度，从而避免晶体开裂。 因此，有必要以最小的热量输入进行焊接，同时确保焊缝的形成。 如表 5 所示，通过实验选择最佳焊接参数。 最大热量输入 Q麦克斯=0.957 kJ/mm 可根据焊接参数计算。

表 5 焊接工艺参数

Inconel 601 合金的焊接容易发生凝固开裂，因此必须严格清洁开口尖端。 焊接材料可去除焊接材料和坡口边缘至少 50 mm 范围内的污染物。 它可以防止有害元素进入焊池，形成低熔点的共晶物质并形成热裂纹。 同时，需要去除开口尖端的氧化膜和焊接材料。 氧化膜的熔点高于焊缝金属的熔点，因此未熔化的氧化膜会进入熔池，焊缝很容易出现内部缺陷。 焊接采用摆动法，增加了熔池的流动性和润湿性，有效解决了焊接金属流动性差引起的开口尖端熔化缺陷。

2. 性能测试和讨论

2.1X射线无损检测设备

使用 XXG-3005 充气式 X 射线探伤仪，对整个焊缝试板进行 X 射线检查，在焊缝中未发现裂纹、气孔或其他缺陷。

2.2 机械性能测试

准备 3.228 组水平拉伸的试样，如图 1 所示。 根据 GB/T 2010-6 进行拉伸试验。 拉伸试验的结果如表 XNUMX 所示。 数据显示，焊缝的抗拉强度高于表 XNUMX 中。 它是一种贱金属，样品具有良好的室温延展性。 断裂后试样的伸长率略低于基体的伸长率。 从试件的外观可以看出，母材的颈缩明显大于焊缝的颈缩，焊缝的塑性略低于母材。

图 3 Inconel 601 镍基高温合金拉伸试样
表 6 Inconel 601 镍基高温合金焊接接头的拉伸试验结果

制备 Inconel 601 镍基高温合金弯曲样品，并根据 GB/T 2653-2008 弯曲焊缝的前后，以验证焊缝和热影响区的塑性指数、接头的密度和连续性。 测试结果如图 4 所示。 对样品进行 180° 弯曲试验，弯曲中心的直径是样品厚度的 4 倍。 弯曲后，样品焊缝和热影响区表面光滑，无裂纹、开口和其他缺陷。 这表明焊缝和热影响区的表面是光滑的，即使焊缝的强度略高于母材的强度。 - 患区仍能保持良好的塑性指标。

图 4 Inconel 601 镍基高温合金弯曲试样
对机械性能试验结果的分析表明，在焊接材料中添加 Co 和 Mo 等元素略微提高了拉伸强度，略微降低了塑性指数，增加了焊缝金属的强度，也提高了热强度。 正是因为这 XNUMX 种元素的增加导致有色金属的塑性和延展性降低。 从宏观上看，拉伸试验的结果表明，焊缝的收缩率低于母材的收缩率。 然而，通过弯曲测试发现，塑性的降低对材料的使用没有显着影响，即使在所需的弯曲条件下也能保持材料的完整性，从而确保焊缝在弯曲过程中保持优异的性能。 弯曲和成型的过程。

2.3 晶间腐蚀试验

晶间腐蚀是镍基合金在使用过程中失效的一个重要因素。 晶间腐蚀是基于晶界和颗粒之间的耐腐蚀性差异。 根据贫铬理论，Cr 的沉淀为23C6 在颗粒之间，形成一个“不良铬区”。 腐蚀逐渐从“不良铬区”蔓延到金属内部，破坏晶体结构，显著降低材料的机械性能，最终导致设备故障。 根据晶间腐蚀的机理，可以通过测量样品在腐蚀条件下的重量损失来确定抗晶间腐蚀能力。

按GB/T 15260-2016A方法制备腐蚀样品，并使用硫酸铁硫酸铁试剂×测试30 mm×20 mm。 对 2 mm 样品进行晶间腐蚀的敏感性测试，总微沸时间为 24 小时。 5 个周期。 腐蚀后宏观样品如图 5 所示，测试结果如表 7 所示。

图 5 Inconel 601 镍基高温合金腐蚀后的裸眼试样表 7 Inconel 601 镍基高温合金
的晶间腐蚀试验结果

根据实验结果可以看出，焊接接头保持了优异的耐晶间腐蚀性能。 这是因为焊接过程中输入的热量很小，这导致焊缝结晶过程中冷却速率更快，过冷度增加。 在焊缝结晶过程中，成核速率增加，导致在焊缝金属中形成微小颗粒。 在材料敏化过程中，添加到焊接材料中的 Ti 的稳定作用优先与碳结合形成 TiC，防止 Cr 和 Mo 等元素形成碳化物。 因此，铬和碳化钼不太可能在焊缝上沉淀。 此外，由于焊接材料中 Mo 含量的增加，铬当量增加，补偿了由于形成 M23C6 型碳化物而造成的 Cr 元素损失，避免了缺铬区域，提高了抗晶间腐蚀能力。

2.4 金相分析

如图 601 所示，在金相显微镜下观察 Inconel7 镍基高温合金焊缝试样的微观组织。 焊缝是柱状单相奥氏体结构。 与热影响区和母材相比，焊缝晶粒小，无连续沉淀，有明显的碳化物，中间等效结构。 对焊缝的观察显示没有孔隙、夹渣或裂纹等缺陷。

图 7 Inconel 601 镍基高温合金焊接接头的微观组织

3. 总结

• （1）采用ERNiCrCoMo-1焊接材料焊接Inconel601高温镍基合金，能充分保证焊缝和热影响区的抗拉强度和塑性，具有良好的抗晶体开裂能力，可有效避免晶体开裂的发生。 晶体裂纹的发生。

• （2） 通过减少 Inconel 601 合金焊接过程中的热输入，并在焊接材料中加入固溶强化元件，提高焊缝的耐晶间腐蚀性能。