[发明专利]一种高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝及焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊丝，具体地说是一种镍基焊丝。

背景技术

二十世纪五十年代，最初的蒸汽发生器采用Inconel 600合金作为传热管材料，所以管板采用ERNiCr-3焊材(Inconel 82)堆焊，同样亦采用ERNiCr-3焊材进行传热管与堆焊层的焊接。但后来在上述焊缝中发现晶间应力腐蚀裂纹(IGSCC)，所以开始研制新的传热管材料，经过一段时间的研究，二十世纪八十年代，开始采用Inconel 690合金作为传热管材料，并采用ERNiCrFe-7(Inconel 52)焊材进行堆焊和焊接。这种材料的含铬量达到30％左右，所以有效地避免了晶间应力腐蚀裂纹的产生。但近年来，美国海军在Inconel 52的焊缝中又发现了一种称为DDC的缺陷。后来经过进一步的探索，在Inconel 52的基础上加入了铌、硼和锆等元素，开发了一种新的改进型焊接材料，称为Inconel 52M焊丝或Inconel 152M焊条，基本上解决了低塑性开裂以及角焊缝根部开裂等问题。目前该焊材已正式列入AWS焊材类别，2003年8月，52M被ASME命名为2142-2。另外一份公开文献中介绍了一种新一代的核焊接材料52MSS，含有2.5％的Nb和4％的Mn可形成最佳的MC碳化物形态和组织，应变裂纹试验(strain to testing-STF)表明52MSS抗DDC能力甚至是Inconel 82的好几倍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于核岛主设备焊接，解决目前焊丝在现场焊接等苛刻条件下容易出现裂纹缺陷的问题的高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝。本发明的目的还在于提供一种基于高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝的焊接方法。

本发明的高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝的重量百分比组成为C:<0.04％，Si:0.10-0.20％，Mn:3.8-4.2％，S:<0.003％，P:<0.003％，Cr:28.0-31.5％，Mo:<0.01％，Cu:<0.05％，Nb:2.2-2.5％，Mn+Nb:6.2-6.6％，Ti:0.4-0.9％，Al:<0.50％，Fe:8.5-10.5％，Ca:<0.005％，Mg:<0.005％，O:<0.005％，N:0.20-0.40％，B:<0.001％，Zr:<0.005％，Ta:<0.02％，Ni为余量，其他杂质元素总和<0.10％。

本发明的高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝中，Mn的含量优选为3.9-4.1％。

基于本发明的高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝的焊接方法为：焊丝规格为Φ1.2mm,焊接工艺为自动填丝钨极惰性气体保护焊，焊接工艺是，电流：200-230A，电弧电压:14-16V,送丝速度1200mm/min，电流类型：直流正接(DCEN)，层间温度：100-200℃，保护气体99.999％Ar,气体流量：14-18L/min。

通过我们的研究，当Nb含量基本保持不变，Mn含量由0.79％增加到4.1％以后，距离堆焊试板端面3.2mm位置的裂纹数量由30减小到3，说明690焊丝熔敷金属中加入Mn元素能够改善材料的裂纹敏感性。同时Nb在镍基合金中是固溶强化元素，又是时效强化元素，在焊缝中能提高原子间结合力，稳定焊缝，Nb是强碳化物析出元素，能够在晶界和晶内形成MC型析出物，影响焊丝熔敷金属晶界的迁移和滑移，因此会对材料的高温低塑性裂纹敏感性产生影响，并且提高熔敷金属抵抗高温变形的能力。

本发明的高Mn高Nb的抗裂纹缺陷镍基焊丝，采用钨极氩弧焊焊接，使用99.999％Ar作为保护气体，得到的最终焊缝熔敷金属，按重量百分比计，其基本化学成分组成为C:<0.04％，Si:0.10-0.20％，Mn:3.8-4.2％，S:<0.003％，P:<0.003％，Cr:28.0-31.5％，Mo:<0.01％，Cu:<0.05％，Nb:2.2-2.5％，Mn+Nb:6.2-6.6％，Ti:0.4-0.9％，Al:<0.50％，Fe:8.5-10.5％，Ca:<0.005％，Mg:<0.005％，O:<0.005％，N:0.20-0.40％，B:<0.001％，Zr:<0.005％，Ta:<0.02％，Ni为余量，其他杂质元素总和<0.10％。

本发明具有以下优点：