スーパーアロイ鋳造の味付けされたサプライヤーとして、私はこれらの驚くべき材料の溶接性に関するクライアントからの問い合わせにしばしば遭遇します。スーパーアロは、並外れた高温強度、耐食性、クリープ抵抗で有名であるため、さまざまな高性能アプリケーションで不可欠になります。タービンブレードそしてノズルガイドベイン。ただし、それらのユニークな特性は、溶接に関しても課題を引き起こします。
超合金を理解する
スーパーアロは、ニッケルベース、コバルトベース、および鉄ベースの3つの主要なカテゴリに広く分類できます。ニッケルベースの超合金は、他の2つのタイプと比較して、高温強度、酸化抵抗、溶接性の優れた組み合わせにより、最も広く使用されています。コバルトベースのスーパーアロは、優れた摩耗抵抗と高温腐食抵抗を提供しますが、一般的に溶接がより困難です。鉄ベースの超合金はよりコストがかかります - 効果的ですが、非常に高い温度では比較的低いパフォーマンスを持っています。
超合金の微細構造は複雑です。それらは通常、ニッケルベースの超合金のガンマプライム（γ '）など、強化段階の大量の割合を含んでいます。これらのフェーズは、超合金の優れた機械的特性の原因ですが、溶接中に問題を引き起こす可能性もあります。たとえば、溶接に関連する急速な加熱および冷却速度は、溶接されたジョイントの機械的特性を分解することができる不要な相の沈殿につながる可能性があります。
超合金鋳物の溶接性に影響する要因
1。化学組成
超合金の化学組成は、溶接性に重要な役割を果たします。炭素、硫黄、リンなどの元素は、溶接性に悪影響を与える可能性があります。炭素含有量が多いと、溶接中に炭化物が形成される可能性があり、溶接中の炭化物の形成につながる可能性があり、これにより、罹患ゾーン（HAZ）の亀裂が発生する可能性があります。硫黄とリンは、粒界で分離することが知られており、材料の延性を減らし、熱い亀裂に対する感受性を高めます。
一方、クロム、アルミニウム、チタンなどの元素は、超合金の高温特性にとって有益ですが、溶接をより困難にすることもできます。クロムは、材料の表面に安定した酸化物層を形成し、溶接中の適切な融合を防ぐことができます。アルミニウムとチタンは、溶接環境で酸素と窒素と反応し、溶接金属に脆性包有物を形成します。
2。微細構造
前述のように、超合金の複雑な微細構造は、溶接中に課題をもたらす可能性があります。強化段階の存在により、材料がひび割れやすくなる可能性があります。たとえば、ニッケルベースの超合金では、溶接後の冷却プロセス中にガンマプライム相が沈殿する可能性があり、硬度の増加とHAZの延性の減少につながります。これにより、特に残留応力の影響下で、亀裂が形成される可能性があります。
超合金の粒度も溶接性に影響します。細かい - 粒状の超合金は、一般に、粗いものよりも優れた溶接性を持っています。粗い粒子は、亀裂伝播に対する障壁が少ないため、溶接中の亀裂の成長を促進する可能性があります。
3。溶接プロセス
溶接プロセスの選択は、超合金鋳物で成功した溶接を達成するために重要です。異なる溶接プロセスには、熱が異なる - 入力特性が異なり、溶接接合部の微細構造と特性に大きく影響する可能性があります。
- ガスタングステンアーク溶接（GTAW）：Tig（Tungsten Inert Gas）溶接としても知られているGTAWは、溶接超合金に人気のある選択肢です。熱入力を正確に制御し、歪みを最小限に抑えた高品質の溶接を生成します。ただし、比較的遅いプロセスであり、大規模な生産に適していない場合があります。
- ガスメタルアーク溶接（GMAW）：GMAW、またはMIG（金属不活性ガス）溶接は、GTAWよりも速いプロセスです。短時間で大量のフィラー金属を堆積させることができ、厚いセクションの超合金鋳物の溶接に適しています。ただし、GTAWと比較して熱入力を制御することはより困難であり、溶接金属の多孔性やその他の欠陥のリスクが高くなります。
- 電子ビーム溶接（EBW）およびレーザービーム溶接（LBW）：これらは、溶接の超合金にいくつかの利点を提供する - エネルギー - 密度溶接プロセスです。彼らは非常に狭い熱を持っています - 影響を受けるゾーンは、高強度と優れた疲労特性を持つ溶接を生成できます。ただし、特殊な機器と制御された環境が必要であり、溶接コストを増やすことができます。
超合金鋳物の溶接性を改善するための戦略
1。溶接前の準備
適切な溶接の準備は、超合金鋳物の溶接を成功させるために不可欠です。これには、材料の表面を洗浄して、油、グリース、酸化物などの汚染物質を除去します。漬物や脱脂などの化学洗浄方法を使用して、きれいな表面を実現できます。
さらに、溶接前にスーパーアロイ鋳造を加熱することで、冷却速度を下げ、亀裂の形成を最小限に抑えるのに役立ちます。加熱温度は、超合金の種類と材料の厚さに依存します。たとえば、一部のニッケルベースのスーパーアロの場合、200〜300°Cの温度までの暖房は溶接性を大幅に改善する可能性があります。
2。フィラー金属選択
適切なフィラー金属の選択は、強力で欠陥のない溶接ジョイントを達成するために重要です。フィラー金属は、良好な互換性を確保するために、ベースメタルと同様の化学組成を持つ必要があります。また、優れた溶接性と機械的特性も必要です。
ニッケルベースの超合金の場合、Ernicr -3やErnicrmo -3などのフィラー金属が一般的に使用されます。これらのフィラー金属は、腐食と高温亀裂に対して良好な耐性を持っています。コバルトベースのスーパーアロを溶接する場合、通常、コバルトとクロムを含むフィラー金属が通常選択されます。
3。ポスト - 溶接熱処理
ポスト - 溶接熱処理は、残留応力を緩和し、溶接接合部の微細構造と特性を改善するためにしばしば必要です。これには、アニーリング、溶液処理、老化などのプロセスが含まれます。
アニーリングは、硬度を低下させ、HAZの延性を高めるのに役立ちます。溶液処理は、材料の強化段階を溶解し、その後、より制御された方法でこれらの相を再沈殿させるために老化します。これにより、溶接接合部の機械的特性をベースメタルのレベルに近いレベルに復元できます。
結論
結論として、スーパーアロイ鋳物の溶接は簡単な作業ではありません。ユニークな化学組成、複雑な微細構造、およびスーパーアロの高性能要件は、重大な課題をもたらします。ただし、溶接性に影響する要因と適切な溶接戦略の実装を完全に理解することにより、超合金鋳物で高品質の溶接を達成することが可能です。
スーパーアロイ鋳造のサプライヤーとして、これらの材料の溶接の課題に対処する豊富な経験があります。私たちは、高品質の超合金鋳物だけでなく、溶接ニーズのための技術サポートとソリューションをクライアントに提供することを約束しています。スーパーアロイ鋳造製品に興味がある場合、または超合金の溶接性に関して質問がある場合は、詳細な議論や調達の機会についてお気軽にお問い合わせください。特定の要件を満たすために、お客様と協力することを楽しみにしています。
参照
- シムズ、CT、ストロフ、NS、およびヘーゲル、WC（編）。 （1987）。スーパーアロイII。ジョン・ワイリー＆サンズ。
- David、SA、＆Vitek、JM（編）。 （1995）。溶接冶金。 ASM International。
- Lippold、JC、＆Kotecki、DJ（2005）。溶接冶金とニッケルの溶接性 - ベース合金。ジョン・ワイリー＆サンズ。