Electron beam welding – dissimilar joints of steels and nickel alloys

• Autorzy: Śliwiński Piotr , Węglowski Marek St. , Kwieciński Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2023.3/2

Warianty tytułu

PL

Spawanie wiązką elektronów – złącza różnoimienne stali i stopów niklu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Because of differences in physical and chemical properties of materials being joined as well as due to phenomena such as the formation of intermetallic phases, the making of dissimilar joints poses significant problems for the welding industry. Owing to its high power density, achievable high welding rates and the possibility of obtaining high metallurgical purity, electron beam welding is one of the most suitable methods enabling the reduction of adverse phenomena taking place during the welding of dissimilar joints. The research work discussed in the paper involved the making of joints using steel grades 25HM and 304 with nickel alloy (Inconel 600) and the performance of metallographic tests, tensile tests, bend test and hardness measurements. The electron beam welding method used to the make welded joints discussed in the paper meets the criteria specified in the PN-EN ISO 15614-11 standard.

PL

Wykonywanie złączy różnoimiennych stanowi istotny problem dla przemysłu spawalniczego, ze względu na różnice we właściwościach fizykochemicznych łączonych materiałów oraz takie zjawiska, jak tworzenie się faz międzymetalicznych. Ze względu na wysoką gęstość mocy, możliwe do uzyskania wysokie prędkości spawania oraz wysoką czystość metalurgiczną, jedną z metod pozwalających na zredukowanie niekorzystnych zjawisk zachodzących podczas procesu spawania złączy różnoimiennych jest spawanie wiązką elektronów. W pracy wykonano połączenia ze stali w gatunkach 25HM oraz 304 ze stopem niklu w gatunku Inconel 600, a następnie przeprowadzono badania metalograficzne, wytrzymałości na rozciąganie, badanie na zginanie oraz badania twardości. Metoda spawania wiązką elektronów pozwoliła na uzyskanie złączy spawanych, spełniających kryteria normy PN-EN ISO 15614-11.

Słowa kluczowe

EN

dissimilar joints; intermetallic phases; electron beam welding method; electron beam welding

PL

fazy międzymetaliczne; złącze różnoimienne; spawanie wiązką elektronów

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 67, No. 3
• Strony: 13--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Śliwiński Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny, Centrum Spawalnictwa, Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane (Łukasiewicz Research Network – Upper Silesian Institute of Technology – Welding Centre, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures)

autor

Węglowski Marek St.

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny, Centrum Spawalnictwa, Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane (Łukasiewicz Research Network – Upper Silesian Institute of Technology – Welding Centre, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures)

autor

Kwieciński Krzysztof

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Górnośląski Instytut Technologiczny, Centrum Spawalnictwa, Grupa Badawcza Spawalność i Konstrukcje Spawane (Łukasiewicz Research Network – Upper Silesian Institute of Technology – Welding Centre, Research Group for Materials Weldability and Welded Structures)

Bibliografia

• [1] Martinsen K., Hu S.J., Carlson B.: Joining of dissimilar materials. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 2015, vol. 64, no. 2, pp. 679-699.
• [2] Kah P., Martikainen M.: Trends in Joining Dissimilar Metals by Welding. Applied Mechanics and Materials, 2013, vol. 440, pp. 269–276.
• [3] Metzger G., Lison, R.: Electron beam welding of dissimilar metals. Weld J (Miami), 1976, vol. 55, no. 8, pp. 230–240.
• [4] Sun Z., Karppi R.: The application of electron beam welding for the joining of dissimilar metals: an overview. Journal of Materials Processing Technology, 1996, vol. 59, no. 3, pp. 257–267.
• [5] Węglowski M.St., Błacha S., Dworak J.: Spawanie wiązką elektronów – charakterystyka metody. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2014, vol. 58, no. 3, pp. 25–32.
• [6] Volker A., Clauß U. et al.: The fundamentals of a fascinating technology. Wydawnictwo Probeam, 2011.
• [7] Casalino G., Guglielmi P., Lorusso V.D., Mortello M., Peyre P., Sorgente D.: Laser offset welding of AZ31B magnesium alloy to 316 stainless steel. Journal of Materials Processing Technology, 2017, vol. 242, pp. 49–59.
• [8] Mouginot R., Hänninen H.: Microstructures of nickelbase alloy dissimilar metal welds. Aalto University publication series, vol. Aalto-ST 5/2013, p. 178.
• [9] Anuradha M., Chittaranjan Das Vemulapalli, Muralimohan Cheepu: Effect of filler materials on dissimilar TIG welding of Inconel 718 to high strength steel. Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 52 no. 6.
• [10] Hammond C.R., Lide C.R.: The elements. In Rumble, John R. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (99th ed.), Boca Raton, FL: CRC Press, 2018, p. 4.22. ISBN 9781138561632.
• [11] Davis J.R., Mills K.M., Lampman S., Zorc T.B., Lapman H.F., Crankovic G.M., Daquila J.L. (eds.): Metals Handbook: Irons, Steels, and High-Performance Alloys. Properties and Selection. ASM international, 1990.
• [12] Maurya A.K., Pandey C., Chhibber R.: Dissimilar welding of duplex stainless steel with Ni alloys: A review. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2021, vol. 192, 104439.
• [13] Wang Y., Shao C., Fan M., Ma N., Lu F.: Effect of solidified grain boundary on interfacial creep failure behavior for steel/nickel dissimilar metal welded joint. Materials Science and Engineering: 2021, A, vol. 803, 140482.
• [14] Kyeong-Yong S., Ji-Won L., Jung-Min H., Kyong-Woon L., Byeong-Ook K., Hyun-Uk H.: Transition of creep damage region in dissimilar welds between Inconel 740H Ni-based superalloy and P92 ferritic/martensitic steel. Materials Characterization, 2018, vol. 139, pp. 144–152.
• [15] Yu Z., Kejian L., Zhipeng C., Jiluan P.: Creep rupture properties of dissimilar metal weld between Inconel 617B and modified 9%Cr martensitic steel. Materials Science and Engineering: A, 2019, vol. 764, 138185.
• [16] Yan L., Eskandari Jam J., Heydari Beni M., Javad Kholoud M., Baleanu D., Eskandari Shahrak M., Ghaemi F.: Effect of laser welding parameters on the temperature distribution, microstructure and mechanical properties of dissimilar weld joint of Inconel 625 and stainless steel 304. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2022, vol. 131, 105859.
• [17] Chengshuang Z., Qiuyan H., Qiang G., Jinyang Z., Xingyang C., Jun Z., Lin Z.: Sulphide stress cracking behaviour of the dissimilar metal welded joint of X60 pipeline steel and Inconel 625 alloy. Corrosion Science, 2016, vol. 110, pp. 242–252.
• [18] Derakhshi M.A., Kangazian J., Shamanian M.: Electron beam welding of Inconel 617 to AISI 310: Corrosion behavior of weld metal. Vacuum, 2019, vol. 161, pp. 371–374.
• [19] Vernyhora I., Tatarenko V., Bokoch S.: Thermodynamics of f.c.c.-Ni-Fe Alloys in a Static Applied Magnetic Field. ISRN Thermodynamics, 2012, 917836.
• [20] Kyoung Joon C., Jong Jin K., Bong Ho L., Chi Bum B., Ji Hyun K.: Effects of thermal aging on microstructures of low alloy steel-Ni base alloy dissimilar metal weld interfaces. Journal of Nuclear Materials, 2013, vol. 441, no. 1–3, pp. 493–502.
• [21] Wiednig C., Lochbichler C., Enzinger N., Beal C., Sommitsch C.: Dissimilar Electron Beam Welding of Nickel Base Alloy 625 and 9% Cr Steel. Procedia Engineering, 2014, vol. 86, pp. 184–194.
• [22] Devendranath Ramkumar K., Sridhar R., Saurabh Periwal, Smitkumar Oza, Vimal Saxena, Preyas Hidad, Arivazhagan N.: Investigations on the structure – Property relationships of electron beam welded Inconel 625 and UNS 32205. Materials & Design, 2015, vol. 68, pp. 158–166.
• [23] Shakil M., Ahmad M., Tariq N.H., Hasan B.A., Akhter J.I., Ahmed E., Mehmood M., Choudhry M.A., Iqbal M.: Microstructure and hardness studies of electron beam welded Inconel 625 and stainless steel 304L. Vacuum, 2014, vol. 110, pp. 121–126.
• [24] PN-EN ISO 4136:2022-12 – Badania niszczące złączy spawanych metali – Próba rozciągania próbek poprzecznych.
• [25] PN-EN ISO 5173:2010/A1:2012 – Badania niszczące spoin w materiałach metalowych – Badanie na zginanie.
• [26] PN-EN ISO 15614-11:2005 – Specyfikacja i kwalifikowanie technologii spawania metali – Badanie technologii spawania – Część 11: Spawanie wiązką elektronów i wiązką promieniowania laserowego.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).