镍基合金SB-444 N06625 Gr.2焊接工艺及接头性能

李战斌，徐兵，徐祥久，闫国斌

摘要： 固溶退火态的镍基合金SB-444 N06625 Gr.2钢管在焊接过程中存在较高的热裂纹敏感性，对热输入控制、焊工操作技能有较高的要求。根据镍基合金SB-444 N06625 Gr.2材质的焊接特性，制定焊接工艺评定方案，获得了无损检验合格的焊接接头。对焊接接头的力学性能、耐晶间腐蚀性能及微观组织进行了试验和分析。试验结果表明，采用该焊接工艺方案可以获得优质的焊接接头，焊缝金相组织为奥氏体，接头强度及耐蚀性能良好，满足工程应用要求。

关键词： 镍基合金; 焊接工艺; 晶间腐蚀

中图分类号： TG 444

Welding process and mechanical properties of Ni-based alloy

SB-444 N06625 Gr.2 welded joint

Li Zhanbin1， Xu Bing1， Xu Xiangjiu1，2， Yan Guobin1

（1. Harbin Boiler Company Limited， Harbin 150046， Heilongjiang， China;

2. State Key Laboratory of Efficient and Clean Coal-fired Utility Boilers， Harbin 150046， Heilongjiang， China）

Abstract： Ni-based alloy SB-444 N06625 Gr.2 tube under solution annealed state has characteristics of hot crack sensitivity during welding process， and it requires strict heat input control and proficient welding operation skill. According to welding characteristics of Ni-based alloy SB-444 N06625 Gr.2 material， welding process evaluation scheme was developed， and qualified welded joints were obtained. The mechanical properties， intergranular corrosion resistance and microstructure of welded joints were tested and analyzed. The test results showed that the welding process could be used to obtain high quality welded joints， microstructure of the weld was austenite. Strength and corrosion resistance of the weld showed excellent performance， which met requirements of engineering application.

Key words：  Ni-based alloy; welding process; intergranular corrosion

0前言

镍基合金SB-444 N06625 Gr.2属于固溶强化Ni-Cr-Mo型镍基合金，主要通过添加Cr，Mo，Nb等合金元素进行固溶强化，具有面心立方晶格，金相组织为奥氏体[1-2]，具有优良的耐高温性能和耐蚀性能，同时保持着良好的高温和低温力学性能，塑性、韧性优良，因此SB-444 N06625 Gr.2被广泛适用于核工业、石化设备、航空航天等领域。

SB-444 N06625 Gr.2合金元素种類较多，凝固过程中合金元素和杂质元素强烈偏析，从而增大凝固裂纹的敏感性，焊接过程中极易出现热裂纹[3-4]。因此，对SB-444 N06625 Gr.2进行焊接工艺研究及焊接接头性能研究是保证产品焊缝质量的关键。

1焊接性分析

试验采用型号为SB-444 N06625 Gr.2的钢管，规格为219 mm×20 mm，供货状态为固溶退火态。根据钢管的化学成分选择匹配的焊材，氩弧焊焊丝采用ERNiCrMo-3，直径为2.4 mm;焊条采用ENiCrMo-3，直径为3.2 mm。钢管、焊丝和焊条熔敷金属的化学成分见表1。由SB-444 N06625 Gr.2的化学成分可见，SB-444 N06625 Gr.2添加的合金种类较多，合金元素Ti，Mn，Nb可以降低材料的热裂纹敏感性和减少气孔的产生[5]。Ti和Nb作为稳定化合金元素，与镍形成面心立方晶格，抑制碳的有害影响，提高抗晶间腐蚀能力;Cr，Mo可以形成碳化物强化晶界，可以增加其高温性能和耐蚀性; Co提高镍基合金的耐高温能力[6]。然而，S，B，P等不利元素能与Ni形成低熔点共晶体，在晶界形成一层液态薄膜，在拉应力的作用下易形成结晶裂纹，使镍基合金焊缝的热裂纹倾向增大。多元素复合强化也使SB-444 N06625 Gr.2液态焊缝金属粘性大，流动性差、熔深浅、焊接时易出现焊接热裂纹、气孔、未焊透、咬边、夹渣等缺陷。

焊接SB-444 N06625 Gr.2时试件表面要保证高度清洁，防止表面氧化物和杂物进入熔池。焊前可采用专用砂轮打磨坡口，必要时用酒精或丙酮擦拭干净，焊接过程中注意保护焊道以免氧化，并仔细打磨去除层道间焊接缺陷及氧化物。

2焊接工艺

焊接工艺试验采用管子对接试件，焊接方法为钨极氩弧焊和焊条电弧焊，焊接坡口如图1所示，在平焊位置进行焊接。

采用钨极氩弧焊焊接2层，首层保证单面焊双面成形，为防止背面焊缝氧化，背面氩气保护至少保持到第2层焊接完毕;第3～8层采用焊条电弧焊，使用3.2 mm焊条填充和盖面，具体焊接工艺参数见表2。焊接过程中控制层间温度上限为150 ℃。钨极氩弧焊收弧时电流衰减时间为4～5 s，可有效避免收弧时出现弧坑裂纹，并且收弧时持续的气体保护有利于避免焊缝金属氧化;焊条电弧焊时轻微摆动以便焊道成形。

3试验方法

对试件进行无损检验，然后采用WE-60型液压万能材料试验机进行4组弯曲试验;采用WE-60型液压万能材料试验机进行2组拉伸试验;采用AXIOVERT200MAT型金相显微镜及图像分析系统进行宏观、微观检验;采用THVS-50型维氏硬度计进行硬度测试;采用YT-4B型智能型晶间腐蚀试验装置和WYE-S100型晶间腐蚀弯曲试验机，进行晶间腐蚀试验。

4试验结果

4.1无损检验

对焊缝进行100%RT和100%PT检验，均未发现缺陷。

4.2接头力学性能检验

弯曲试验弯心直径为40 mm，弯曲角度为180°，试验结果显示4组弯曲试样拉伸面焊缝和热影响区均无开口缺陷。室温条件下进行拉伸试验，抗拉强度分别为786 MPa和752 MPa，高于母材标准抗拉强度下限值（690 MPa），断裂位置均在母材上。对SMAW部位焊接接头进行硬度检验，结果见表3，焊缝硬度高于母材及热影响区。

4.3宏观检验

对焊接接头进行宏观检验，如图2所示。焊缝层道分布清晰，焊道间不存在未熔合、未焊透的现象，焊缝和热影响区均无裂纹、气孔等缺陷;焊道呈凸起状，与母材圆滑过渡，焊缝成形较好。

4.4微观金相检验

对焊接接头进行微观金相组织检验，包括母材、焊缝和热影响区，如图3所示。图3a为母材金相组织，母材组织为致密均匀的奥氏体晶粒。图3b为焊缝金属金相组织。焊缝为奥氏体柱状晶，焊缝熔化金属作为奥氏体开始凝固，在焊缝冷却过程中奥氏体是唯一稳定的相，并且在室温下显微组织为柱状树枝晶和等轴树枝晶。焊缝冷却过程中形成凝固亚晶粒，以枝状晶形式存在，合金元素在枝状晶形成过程中产生偏析，导致枝状晶边界元素含量高，产生明显的凝固亚晶界。图3c为热影响区金相组织。热影响区范围较小，热影响区组织为单相奥氏体晶粒，未见明显析出相。在多层多道焊热输入影响下，热影响区中存在局部细晶区，部分晶粒尺寸与母材相比变大。

4.5晶间腐蚀试验

在焊接接头后焊面向下取2个晶间腐蚀试样，其规格为80 mm×20 mm×3.5 mm。经过650 ℃×2 h敏化处理后，放在加有铜屑的硫酸-硫酸铜溶液中煮沸进行晶间腐蚀试验，通过弯曲试样判断晶间腐蚀倾向。在放大镜下观察弯曲试样外表面，未发现因晶间腐蚀产生的裂纹，如图4所示。这与SB-444 N06625 Gr.2通过合金化的途径提高了耐蚀性能相关，奥氏体基体中较高的Ni，Cr，Mo含量使镍基合金具有很强的耐腐蚀性能。

5结论

采用手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊组合的焊接方法，进行焊接工艺评定试验，可以获得无损检验合格的镍基合金SB-444 N06625 Gr.2焊接接头。焊接接头的力学性能优良，弯曲试样未发现缺陷，抗拉强度高于母材抗拉强度下限值，焊缝组织为奥氏体，宏微观组织完好无缺陷，抗晶间腐蚀性能优良，满足工程应用要求。

参考文献

[1]田春英， 王军， 李慕勤， 等. 耦合电弧热丝GTAW堆焊Inconel 625组织和耐蚀性[J]. 焊接， 2019（11）： 20-23.

[2]张宇， 姜云， 胡晓安. 选区激光熔化成形Inconel 625合金的激光焊接头组织及高温蠕变性能[J]. 焊接学报， 2020， 41（5）： 78-84.

[3]梁恩宝， 胡绳荪， 王志江. 基于响应面法的 Inconel 625镍基合金GTAW 堆焊工艺优化[J]. 焊接学报， 2016， 37（6）： 85-88， 108.

[4]王娜， 紀强. 管板堆焊镍基合金625焊接工艺[J]. 焊接，2016（6）： 53-55.

[5]唐正柱， 陈佩寅， 吴伟. Nb和Ti对高温失塑裂纹敏感性影响机理研究[J]. 焊接， 2007（11）： 37-41.

[6]韩冰， 冯伟， 魏涛. 抗硫高压分离器UNS N06625堆焊工艺与腐蚀试验[J]. 焊接， 2017（5）： 47-50.

收稿日期： 2022-04-10

李战斌简介： 工程师;主要从事锅炉、压力容器的焊接与热处理技术工作;15663456083@163.com。