Page 69 - 机械工程材料2024年第十一期

2024 年 11 月 第 48 卷 第 11 期 Vol. 48 No. 11 Nov. 2024

DOI：10. 11973/jxgccl240346

工艺参数对热丝脉冲 TIG 堆焊 Inconel 625 合金

成形性能及组织的影响

1
蔡 军 ，陈 成 2
（1. 南通开放大学机电工程学院，南通 226006；2. 南京工业大学机械与动力工程学院，南京 211816）
摘 要： 采用热丝脉冲非熔化极惰性气体保护焊（TIG）在低电流（峰值/基值电流为160 A/95 A）
− 1
和不同焊接速度（220~300 mm · min ）下于AISI 4130 钢表面制备Inconel 625 合金堆焊层，研
究了焊接电流与焊接速度对堆焊层成形性能及显微组织的影响，并与高电流（峰值/基值电流为
190 A/110 A） 条件下进行对比。结果表明：随着焊接速度的增加，低电流下堆焊层的宽度和熔深降
低，高度以及熔深与高度之比先降后升；低电流下堆焊层的宽度、熔深及熔深与高度之比低于高电
流下，高度则高于高电流下。低电流、低焊接速度可获得窄且高，稀释率低的堆焊层。低电流下堆
焊层截面近表面和远离熔池底部主要形成胞状晶、胞状树枝晶，熔池底部以平面晶为主；随着焊接
速度的降低，平面晶区扩大，近表面晶粒向柱状晶或胞状树枝晶发展，远离熔池底部的晶粒向胞状
晶发展。在峰值/基值电流160 A/95 A、焊接速度240 mm · min −1 和搭接率30%条件下制备的3层
10道堆焊层连续致密， 显微硬度在（280±20）HV，堆焊后还需进行退火处理以降低硬度。
关键词： Inconel 625合金；TIG堆焊；显微组织；显微硬度；工艺优化
中图分类号：TG455 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2024）11-0061-08

0 引 言 合节能、高效的工艺生产需求。热输入受焊接电流、
电压和焊接速度影响，通过降低焊接电流来减小热
深海油气钻采管道及阀门等零部件多采用合金
输入时还需考虑电压和焊接速度的协同影响。此外，
钢材料，通过在其表面或内壁制备防护涂层以满足
［1］
使用要求 。Inconel 625合金作为一种海洋防腐涂 脉冲TIG工艺可以在较低热输入下保证良好的成形
质量 ［14］ 。作者使用ERNiCrMo-3合金焊丝，在低电
层材料，具有优异的耐氧化、还原介质腐蚀性能，可
流（峰值/基值电流为160 A/95 A）和不同焊接速度
［2］
满足海洋油气钻采及输送设备的耐腐蚀要求 。近
［5］
年来，电弧堆焊 ［3-4］ 、等离子弧堆焊 以及激光熔覆 ［6-8］ 条件下采用热丝脉冲TIG工艺在AISI 4130钢表面
制备Inconel 625合金堆焊层，研究了工艺参数对堆
等技术常被用于在铁基材料表面制备Inconel 625
焊层成形及显微组织的影响，为Inconel 625合金的
合金涂层，其中非熔化极惰性气体钨极保护电弧焊
增材制造提供理论和技术支持。
（TIG） 因效率高、工艺稳定、成本低而在工业生产过
［9］
程中得到广泛应用 。在堆焊冶金过程中，基材中 1 试样制备与试验方法
的铁元素会扩散进入Inconel 625合金堆焊层，显著
基材采用AISI 4130热轧钢板，化学成分（质量
降低堆焊层的耐腐蚀性能，影响堆焊层质量。因此，
分数/%，下同）为0.80~1.10Cr，0.15~0.25Mo，0.28~
控制堆焊层铁元素的含量，即控制稀释率是优化堆
0.33C，0.40~0.60Mn，0.15~0.30Si，0.04S，0.035P，
焊工艺的核心问题。
研究 ［10-13］ 表明，在TIG堆焊Inconel 625合金时， 余Fe；焊丝采用进口ERNiCrMo-3合金焊丝，化学

成分为 20.0~23.0Cr，8.0~10.0Mo，3.15~4.15Nb，
−1
焊接电流超过180 A和焊接速度超过150 mm · min
（即较大的热输入）条件下能获得良好的堆焊成形。 ≤ 5.0Fe，≤ 0.4Al，≤ 0.4Ti，≤ 0.1C，≤ 0.5Mn，
然而，较大的热输入容易引起较高的稀释率，且不符 ≤0.5Si，≤0.015S，≤0.02P，≤0.5其他元素，余Ni。
设计低电流（峰值/基值电流为160 A/95 A）堆
收稿日期：2024-07-18；修订日期：2024-09-30
焊工艺，探讨成形可行性及不同焊接速度对堆焊层
基金项目：南通开放大学重大课题（2024ZDA01)
作者简介： 蔡军（1987—），男，江苏南通人，讲师，硕士 成形质量的影响规律，并以高电流（峰值/基值电
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