การหล่อแบบซูเปอร์อัลลอยด์สามารถเชื่อมได้อย่างง่ายดายหรือไม่?

ในฐานะซัพพลายเออร์ที่มีประสบการณ์เกี่ยวกับการคัดเลือกนักแสดงที่มีประสบการณ์ฉันมักจะพบข้อสงสัยจากลูกค้าเกี่ยวกับความสามารถในการเชื่อมของวัสดุที่น่าทึ่งเหล่านี้ Superalloys มีชื่อเสียงในด้านความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานคืบใบพัดกังหันและVozzle Guide Vane- อย่างไรก็ตามคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขายังก่อให้เกิดความท้าทายเมื่อพูดถึงการเชื่อม

ทำความเข้าใจซูเปอร์อัลลอย

Superalloys สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก ได้แก่ นิกเกิล - อิงโคบอลต์ - อิงและเหล็ก ซุปเปอร์อัลลอยลอยที่ใช้นิกเกิลนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดเนื่องจากการผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงความต้านทานออกซิเดชันและความสามารถในการเชื่อมเมื่อเทียบกับอีกสองประเภท Superalloys ที่ใช้โคบอลต์ให้ความต้านทานการสึกหรอที่เหนือกว่าและความต้านทานการกัดกร่อนอุณหภูมิสูง แต่โดยทั่วไปแล้วจะยากที่จะเชื่อม ซุปเปอร์อัลลอยลอยที่ใช้เหล็กมีค่าใช้จ่ายมากขึ้น - มีประสิทธิภาพ แต่มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำที่อุณหภูมิสูงมาก

โครงสร้างจุลภาคของ superalloys นั้นซับซ้อน โดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะมีส่วนที่มีปริมาณสูงของเฟสเสริมความแข็งแกร่งเช่น Gamma Prime (γ ') ในซุปเปอร์อัลลีย์ที่ใช้นิกเกิล เฟสเหล่านี้มีหน้าที่รับผิดชอบคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่นของ superalloys แต่ยังสามารถทำให้เกิดปัญหาในระหว่างการเชื่อม ตัวอย่างเช่นอัตราการทำความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็วที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมสามารถนำไปสู่การตกตะกอนของเฟสที่ไม่ต้องการซึ่งสามารถลดคุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อม

ปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการเชื่อมของการหล่อแบบซูเปอร์อัลลอย

1. องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมีของ superalloys มีบทบาทสำคัญในการเชื่อม องค์ประกอบต่าง ๆ เช่นคาร์บอนซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสอาจมีผลกระทบด้านลบต่อความสามารถในการเชื่อม ปริมาณคาร์บอนสูงสามารถนำไปสู่การก่อตัวของคาร์ไบด์ในระหว่างการเชื่อมซึ่งอาจทำให้เกิดการแตกร้าวในโซนความร้อน - ที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ซัลเฟอร์และฟอสฟอรัสเป็นที่รู้จักกันว่าแยกออกจากกันที่ขอบเขตของเม็ดลดความเหนียวของวัสดุและเพิ่มความไวต่อการแตกร้อน

ในทางกลับกันองค์ประกอบต่าง ๆ เช่นโครเมียมอลูมิเนียมและไทเทเนียมนั้นเป็นประโยชน์ต่อคุณสมบัติอุณหภูมิสูงของซูเปอร์อัลลีย์ แต่ยังสามารถทำให้การเชื่อมยากขึ้น โครเมียมสามารถสร้างชั้นออกไซด์ที่เสถียรบนพื้นผิวของวัสดุซึ่งสามารถป้องกันการหลอมรวมที่เหมาะสมในระหว่างการเชื่อม อลูมิเนียมและไทเทเนียมสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจนในสภาพแวดล้อมการเชื่อมทำให้เกิดการรวมที่เปราะบางในโลหะเชื่อม

2. โครงสร้างจุลภาค

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้โครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนของ superalloys สามารถก่อให้เกิดความท้าทายในระหว่างการเชื่อม การปรากฏตัวของขั้นตอนการเสริมสร้างความเข้มแข็งอาจทำให้วัสดุมีแนวโน้มที่จะแตกมากขึ้น ตัวอย่างเช่นในซูเปอร์อัลลอยที่ใช้นิกเกิลเฟสแกมม่าพรีย์สามารถตกตะกอนในระหว่างกระบวนการระบายความร้อนหลังจากการเชื่อมซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความแข็งและการลดลงของความเหนียวใน HAZ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของรอยแตกโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้อิทธิพลของความเครียดที่เหลือ

ขนาดเกรนของซุปเปอร์อัลลอยด์ยังส่งผลต่อความสามารถในการเชื่อม Fine - superalloys เนื้อโดยทั่วไปมีความสามารถในการเชื่อมได้ดีกว่าของที่หยาบ ธัญพืชหยาบสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของรอยแตกระหว่างการเชื่อมเนื่องจากพวกเขามีอุปสรรคน้อยลงในการแยกการแพร่กระจาย

3. กระบวนการเชื่อม

การเลือกกระบวนการเชื่อมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุรอยเชื่อมที่ประสบความสำเร็จในการหล่อแบบซูเปอร์ลอยย์ กระบวนการเชื่อมที่แตกต่างกันมีคุณสมบัติความร้อน - อินพุตที่แตกต่างกันซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของข้อต่อเชื่อม

• การเชื่อมอาร์คแก๊สทังสเตน (GTAW): ยังเป็นที่รู้จักกันในชื่อการเชื่อม TIG (Tungsten Inert Gas) GTAW เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการเชื่อม superalloys มันให้การควบคุมที่แม่นยำเกี่ยวกับอินพุตความร้อนและสร้างรอยเชื่อมที่มีคุณภาพสูงพร้อมการบิดเบือนน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามมันเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้าและอาจไม่เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่
• การเชื่อมโค้งโลหะแก๊ส (GMAW): การเชื่อม GMAW หรือ MIG (Metal Inert Gas) เป็นกระบวนการที่เร็วกว่า GTAW มันสามารถฝากโลหะฟิลเลอร์จำนวนมากในเวลาสั้น ๆ ทำให้เหมาะสำหรับการเชื่อมหนา - ส่วนการหล่อซูเปอร์อลลอย อย่างไรก็ตามมันเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมอินพุตความร้อนเมื่อเทียบกับ GTAW และมีความเสี่ยงสูงที่จะมีความพรุนและข้อบกพร่องอื่น ๆ ในโลหะเชื่อม
• การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน (EBW) และการเชื่อมลำแสงเลเซอร์ (LBW): สิ่งเหล่านี้สูง - พลังงาน - กระบวนการเชื่อมความหนาแน่นที่เสนอข้อดีหลายประการสำหรับการเชื่อม superalloys พวกเขามีความร้อนที่แคบมาก - โซนที่ได้รับผลกระทบและสามารถสร้างรอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูงและคุณสมบัติความเหนื่อยล้าที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตามพวกเขาต้องการอุปกรณ์พิเศษและสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมซึ่งสามารถเพิ่มต้นทุนการเชื่อม

กลยุทธ์ในการปรับปรุงความสามารถในการเชื่อมของการหล่อแบบซุปเปอร์อัลลอย

1. ก่อน - การเตรียมการเชื่อม

การเตรียมการก่อนการเชื่อมที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างรอยเชื่อมที่ประสบความสำเร็จในการหล่อแบบซูเปอร์อัลลอย ซึ่งรวมถึงการทำความสะอาดพื้นผิวของวัสดุเพื่อกำจัดสารปนเปื้อนใด ๆ เช่นน้ำมันจาระบีและออกไซด์ วิธีการทำความสะอาดทางเคมีเช่นการดองและการเสื่อมสภาพสามารถใช้เพื่อให้ได้พื้นผิวที่สะอาด

นอกจากนี้ก่อนการทำความร้อนการหล่อแบบซูเปอร์อัลลอยด์ก่อนการเชื่อมสามารถช่วยลดอัตราการระบายความร้อนและลดการก่อตัวของการแตกร้าว อุณหภูมิความร้อนก่อนขึ้นอยู่กับประเภทของซูเปอร์อัลลอยด์และความหนาของวัสดุ ตัวอย่างเช่นสำหรับ superalloys ที่ใช้นิกเกิลบางส่วนการให้ความร้อนก่อนอุณหภูมิ 200 - 300 ° C สามารถปรับปรุงความสามารถในการเชื่อมได้อย่างมีนัยสำคัญ

2. การเลือกโลหะฟิลเลอร์

การเลือกโลหะฟิลเลอร์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบรรลุข้อบกพร่องที่แข็งแกร่งและมีข้อบกพร่อง โลหะฟิลเลอร์ควรมีองค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายกันกับโลหะฐานเพื่อให้แน่ใจว่าเข้ากันได้ดี ควรมีความสามารถในการเชื่อมที่ดีและคุณสมบัติเชิงกล

สำหรับซุปเปอร์อัลลอยที่ใช้นิกเกิลโลหะฟิลเลอร์เช่น Ernicr - 3 และ Ernicrmo - 3 มักใช้กันทั่วไป โลหะฟิลเลอร์เหล่านี้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการแตกร้าวที่อุณหภูมิสูง เมื่อ superalloys ที่ใช้การเชื่อมโคบอลต์ - โลหะฟิลเลอร์ที่มีโคบอลต์และโครเมียมในปริมาณสูงจะถูกเลือก

3. โพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อม

โพสต์ - การบำบัดความร้อนการเชื่อมมักจำเป็นเพื่อบรรเทาความเครียดที่เหลือและปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของรอยเชื่อม สิ่งนี้สามารถเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่าง ๆ เช่นการหลอมการรักษาโซลูชันและความชรา

การหลอมสามารถช่วยลดความแข็งและเพิ่มความเหนียวของ HAZ การรักษาด้วยวิธีแก้ปัญหาสามารถละลายเฟสเสริมความแข็งแกร่งในวัสดุตามด้วยอายุเพื่อให้เกิดการตกตะกอนเฟสเหล่านี้ในลักษณะที่ควบคุมได้มากขึ้น สิ่งนี้สามารถคืนค่าคุณสมบัติเชิงกลของรอยเชื่อมต่อไปยังระดับที่อยู่ใกล้กับโลหะฐาน

บทสรุป

โดยสรุปแล้วการหล่อแบบ superalloy การเชื่อมไม่ใช่เรื่องง่าย องค์ประกอบทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์โครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสูงของซูเปอร์อัลลอยด์ก่อให้เกิดความท้าทายที่สำคัญ อย่างไรก็ตามด้วยความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการเชื่อมและการใช้กลยุทธ์การเชื่อมที่เหมาะสมจึงเป็นไปได้ที่จะบรรลุรอยเชื่อมที่มีคุณภาพสูงในการหล่อแบบซูเปอร์ลอย

ในฐานะซัพพลายเออร์ของ Superalloy Castings เรามีประสบการณ์อย่างกว้างขวางในการจัดการกับความท้าทายในการเชื่อมของวัสดุเหล่านี้ เรามุ่งมั่นที่จะให้บริการลูกค้าของเราด้วยการหล่อซูเปอร์ลอรอยที่มีคุณภาพสูง แต่ยังรวมถึงการสนับสนุนทางเทคนิคและโซลูชั่นสำหรับความต้องการการเชื่อมของพวกเขา หากคุณมีความสนใจในผลิตภัณฑ์การคัดเลือกนักแสดงซูเปอร์อัลลอยของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับความสามารถในการเชื่อมของ superalloys โปรดติดต่อเราสำหรับการอภิปรายเพิ่มเติมและโอกาสในการจัดหาที่อาจเกิดขึ้น เราหวังว่าจะได้ร่วมมือกับคุณเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของคุณ

การอ้างอิง

• Sims, CT, Stoloff, NS, & Hagel, WC (Eds.) (1987) Superalloys II John Wiley & Sons
• David, SA, & Vitek, JM (บรรณาธิการ) (1995) การเชื่อมโลหะวิทยา ASM International
• Lippold, JC, & Kotecki, DJ (2005) การเชื่อมโลหะวิทยาและความสามารถในการเชื่อมของโลหะผสมฐาน John Wiley & Sons