急冷工艺对镍基合金焊接热裂纹敏感性的影响机理研究

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1、分类号：TG401密级：UDC：621.7编号：201421803004河北工业大学硕士学位论文急冷工艺对镍基合金焊接热裂纹敏感性的影响机理研究论文作者：赵立冰学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：郑振太职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringTHERESEARCHOFRAPIDCOOLINGPROCESSE

2、FFECTMECHANISMONNICKEL-BASEALLOYSWELDINGHOTCRACKINGSUSCEPTIBILITYbyZhaoLibingSupervisor:Prof.ZhengZhentaiMay2017摘要镍基合金在高温环境下具有较高的力学性能和良好的抗氧化能力，因此在石油化工、航空航天和火力发电等领域得到了广泛应用。然而，镍基合金中较多的元素种类和奥氏体基体较差的导热性使得焊接过程中很容易产生粗大的晶粒和严重的偏析并增加热裂纹敏感性。以往的研究表明，细化晶粒和降低偏析是减少镍

3、基合金焊接接头热裂纹敏感性的一个有效途径，而本文则致力于通过冷源的添加使得能够在不引进其他杂质元素的前提下来达到这个目的。本文采用Inconel601H作为试验材料，液氮作为冷却介质进行焊接试验。在对液氮的冷却效果和其位于熔池不同冷却位置时的研究过程中发现：通过在焊件背面添加铜管进行冷却的方式降低了液氮对电弧的干扰并提高了冷却效率；与冷源施加在熔池前侧相比，当其添加在熔池后侧和一侧时对焊接接头的微观组织影响更大；当冷源距离熔池太近时，液氮喷射所产生的冲击力使得焊缝成型变差，且降低的液氮冷却效果使得此

4、时焊接接头的微观组织并未达到最优。当冷源位于熔池一侧10mm且焊接热输入达到8.4kJ/cm时，冷却前后焊接接头微观组织改变最大，因此以这组焊接参数进行随后的液氮冷却试验。与正常焊相比，液氮冷却条件下的焊接接头发生了如下改变：快速冷却改变了Inconel601H的熔池形貌和焊缝宽度，并对其热影响区的尺寸产生了影响；更多的等轴晶在这种情况下开始形成，焊缝微观组织变得更加均匀，且当达到一定冷却强度时，焊缝中典型的联生结晶现象开始消失；焊缝中晶粒形貌的改变和冷却速率的提高降低了合金元素的偏析程度，并对γ′

5、相的分布、化学成分及其尺寸产生了很大影响，最终使得焊接接头中的硬度分布也发生了改变；在所有的冷却工艺中，当冷源位于熔池一侧10mm时，其焊缝宽度和热影响区尺寸达到最小，焊缝微观组织大部分由细小等轴晶构成，且元素偏析和γ′相分布也最为均匀。所有这些试验结果均能够提高合金的晶界强度，减少晶界处的液态薄膜发生率，并最终达到抑制镍基合金焊接热裂纹产生的目的。关键词：镍基合金液氮快速冷却微观组织元素偏析热裂纹敏感性IABSTRACTNickel-basealloyshavethefavorablehighte

6、mperaturemechanicalpropertiesandcorrosionresistance,thereforetheyarewidelyusedinfieldslikepetrochemicalindustry,aerospaceandthermalpowergeneration.However,thevariousalloyelementsinNickel-basealloysandthelowthermalconductivityofausteniticmatrixmakethewe

7、ldingprocessgeneratecoarsegrainsandseveresegregationeasily,whichcouldresultintheincreasedhotcrackingsusceptibility.Thepreviousinvestigatesindicatedthatgrainrefinementandsegregationdecreasecouldbeeffectivetoreducetheweldingjointhotcrackingsusceptibility

8、ofNickel-basealloys,andthispaperisattendedtoachievethisobjectivebytheusageofadditiveheatsinkratherthanintroducingintootherimpurityelements.Inconel601Hwasusedastheexperimentalmaterialandliquidnitrogenwasusedasthecoolingagentinthispaper.I