The analysis of the structure and the hardness of TIG-welded joints made of nickel superalloy Inconel 600

• Autorzy: Górka Jacek , Kik Tomasz , Chruściel Marek , Jamrozik Wojciech , Kiel-Jamrozik Marta

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2022.4/4

Warianty tytułu

PL

Analiza struktury i twardości złączy spawanych metodą TIG z nadstopu niklu Inconel 600

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The tests discussed in the article aimed to analyse the structure and hardness of the heat affected zone and that of the weld in thin butt joints (1.0 mm) made of nickel superalloy Inconel 600 using the TIG method and variable welding linear energy restricted within the range of 45 J/mm to 80 J/mm. The test joints were subjected to visual tests, macro and microscopic metallographic tests, scanning electron microscopy-based structural observations and hardness measurements. The tests concerned with the effect of parameters applied during the TIG welding of butt joints made of 1.0 mm thick sheets (Inconel 600) in laboratory conditions revealed that the most favourable quality of the sheets was obtained when welding arc linear energy was restricted within the range of approximately 45 J/mm to 80 J/mm. An increase in linear energy within the above-presented range led to an increase in the width of the weld and that of the HAZ (observed in the joints subjected to macroscopic metallographic tests). In addition, an increase in linear energy restricted within the aforesaid range increased the grain size in matrix γ (in the HAZ) from approximately 120 μm to approximately 200 μm. The structure of the weld contained the zone of columnar grains oriented towards the fusion line as well as large groups of primary grains having the dendritic structure with clearly visible axes of primary dendrites of varied orientation. In addition, the weld structure also contained precipitates in the form of low-melting eutectics located in interdendritic spaces. The X-ray microanalysis concerning fragments having an area of 0.045mm2, examined in the individual zones of the welded joints made of Inconel 600, revealed only slight differences in terms of mass and atomic concentrations of the primary chemical elements of the superalloy matrix such as nickel, chromium and iron or larger differences as regards carbide-forming elements such as niobium and titanium and the concentration of carbon itself.

PL

Celem badań była analiza struktury i twardości strefy wpływu ciepła oraz spoiny w złączach doczołowych blach cienkich (1,0 mm) wykonanych z nadstopu niklu typu Inconel 600 metodą TIG, przy zmiennej energii linowej spawania w zakresie 45–80 J/mm. Uzyskane złącza spawane poddano: badaniom wizualnym, badaniom metalograficznym makro- i mikroskopowym, obserwacjom struktury w elektronowym mikroskopie skaningowym oraz pomiarowi twardości. Przeprowadzone badania wpływu parametrów procesu spawania metodą TIG złączy doczołowych ze stopu Inconel 600 o grubości 1 mm spawanych doczołowo wykazały, że: złącza blach cienkich z badanego nadstopu w warunkach laboratoryjnych wykazują najlepszą jakość przy zachowaniu energii liniowej łuku w zakresie ok. 45–80 J/mm, wzrost energii liniowej spawania w stosowanym zakresie powoduje zwiększenie szerokości spoiny i SWC badanych makroskopowo złączy, zwiększenie energii liniowej łuku w procesie w zakresie 45–80 J/mm powoduje w SWC wzrost wielkości ziaren osnowy γ odpowiednio od ok. 120 μm do ok. 200 μm, struktura spoiny wykazuje mniej lub bardziej wyraźną strefę ziaren słupkowych zorientowanych do linii wtopienia oraz duże kolonie ziaren pierwotnych o budowie dendrytycznej z wyraźnie ujawnionymi osiami głównymi dendrytów o różnej orientacji oraz wydzieleniami w postaci eutektyk niskotopliwych w przestrzeniach międzydendrytycznych, wyniki mikroanalizy rentgenowskiej z obszarów o powierzchni 0,045 mm2 badanych w poszczególnych strefach złącz blach spawanych z nadstopu Inconel 600 wykazują niewielkie zróżnicowanie wartości masowego i atomowego stężenia podstawowych pierwiastków osnowy nadstopu takich, jak nikiel, chrom i żelazo oraz większe w przypadku stężenia pierwiastków węglikotwórczych, takich jak niob i tytan, a także stężenia samego węgla.

Słowa kluczowe

EN

Inconel 600; TIG welding; grain size; X-ray microanalysis

PL

Inconel 600; spawanie metodą TIG; wielkość ziarna; mikroanaliza rentgenowska

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 66, No. 4
• Strony: 37--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Górka Jacek

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

autor

Kik Tomasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

autor

Chruściel Marek

• graduate of the Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Welding

autor

Jamrozik Wojciech

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Fundamentals of Machinery Design

autor

Kiel-Jamrozik Marta

• Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Device Design

Bibliografia

• [1] Dobrzański L.A.: Metalowe materiały inżynierskie, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Gliwice – Warszawa 2004.
• [2] Wójcik R., Stachurski W.: Proces szlifowania stopów niklu – Inconel 600 i Monel 400. Mechanik, 2014, no. 9, pp. 339–342.
• [3] Wojtkiewicz M., Nadolny K., Sienicki W.: Analiza stanu wiedzy i techniki w zakresie szlifowalności stopów na bazie niklu. Mechanik, 2015, no. 8–9, pp. 330–339.
• [4] Blicharski M.: Inżynieria materiałowa – stal, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2004.
• [5] Tuz L. (et al.): Ocena mikrostruktury wybranych stopów niklu, Przegląd Spawalnictwa, 2014, no. 5, pp. 64–67.
• [6] Campbell F.C.: Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, Elsevier Ltd. ISBN-13:978-1-85-617495-4, Great Britain 2006.
• [7] Gordine J.: Some problems in welding Inconel 718. Welding Research Suppl. Nov., 1971, pp. 480–484.
• [8] Murahdharan B.G., Shankar V., Gill T.P.S.: Weldability of Inconel 718- A Review, India Gandhi Centre for Atomic Research, 1996.
• [9] Tharappel J.T., Babu J.: Welding processes for Inconel 718- A brief review. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 330, pp. 1–6.
• [10] Baranowski M., Jakubowski J.: Lutowność wybranych nadstopów niklu. Przegląd Spawalnictwa, 2014, no. 7.
• [11] Adamiec P., Adamiec J.: Aspekty napawania stopami Inconel 625 i 686 elementów w kotłach do spalania odpadów. Przegląd Spawalnictwa, 2006, no. 5–6.
• [12] Ziewiec A., Stępiński J., Tasak E.: Mikrostruktura połączeń różnorodnych stali 17-4PH ze stopami niklu. Przegląd Spawalnictwa, 2013, no. 4.
• [13] Rogalski G. (et al.): Badania złączy spawanych bimetalu zgrzewanego wybuchowo stali niestopowej grade 60 ze stopem Monel 400. Przegląd Spawalnictwa, 2014, no. 6.
• [14] Rogalski G., Frydrych D., Łabanowski J.: Właściwości złączy różnoimiennych stopu niklu Incoloy 800H ze stalą odporną na korozję 316L. Przegląd Spawalnictwa, 2016, vol. 88, no. 5, pp. 57–62.
• [15] Adamiec J., Łyczkowska K., Tomaszewska A.: Wpływ technologii spawania laserowego na strukturę i właściwości złącza nadstopu niklu Inconel 625. Przegląd Spawalnictwa, 2015, vol. 87, no. 10, pp. 81–83.
• [16] Chmielewski T., Jakubowski J.: Żaroodporne powłoki Inconel 625 natryskiwane termicznie na podłoża ze stali stopowych. Pr. Nauk. Pol. Warszawskiej, Mechanika 229, 2009.
• [17] Madsen O.H.: New Technologies for Waste to Energy Plants. 4th Int. Symp. on Waste Treatment Technologies, Sheffield, UK, 29 June – 2 July, 2003, 1–12.
• [18] Opiekun Z.A., Jędrusik A.: Wpływ metody spawania na żarowytrzymałość złączy spawanych cienkich blach ze stopu Inconel 718. Przegląd Spawalnictwa, 2017, vol. 89, no. 12, pp. 40–45.
• [19] Jędrusik A., Łunarski J.: Wybrane problemy wytrzymałości złączy spawanych laserowo ze stopu Inconel 718. Technologia i Automatyzacja Montażu, 2014, no. 4.
• [20] Agarwal D.: Nickel and Nickel Alloys, in The Handbook of Advanced Materials. Enabling New Designs, Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons, 2004, pp. 217–270.

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).