摘要：Inconel 718的焊接性能，这是一个非常重要且特点鲜明的话题。总的来说，在镍基超合金中，Inconel 718以其优异的可焊性而闻名，但这并不意味着它的焊接很容易。它需要严格控制的工艺来避免一系列问题。
Inconel 718的焊接性能，这是一个非常重要且特点鲜明的话题。总的来说，在镍基超合金中，Inconel 718以其优异的可焊性而闻名，但这并不意味着它的焊接很容易。它需要严格控制的工艺来避免一系列问题。
以下是关于Inconel 718焊接性能的详细分析：
核心优势：对应变时效裂纹（Strain-Age Cracking）不敏感
这是Inconel 718相对于其他许多高强度镍基合金（如Waspaloy、René 41）最大的优势。其根本原因在于它的主要强化相是γ''相（Ni3Nb），而不是γ'相（Ni3(Al, Ti)）。
· γ''相析出动力学较慢：它在时效硬化过程中析出的速度更慢，需要的温度更高（约900°C / 1650°F）。这意味着在焊接后冷却过程中，以及焊后热处理（PWHT）的升温阶段，强化相不会立即大量析出。
· 避免了高应力：由于没有立即析出强化，材料在焊接后冷却至低温时仍保持相对较软和延展性较好的状态，从而避免了在敏感温度区间内因析出强化和高残余应力共同作用而导致的应变时效裂纹。
主要焊接挑战与问题
尽管对应变时效裂纹不敏感，Inconel 718焊接仍面临以下主要挑战：
1. 液化裂纹（Liquation Cracking）：
· 原因：这是焊接Inconel 718时最常见的热裂纹问题。合金中的铌（Nb）、钼（Mo）等元素会在晶界形成低熔点的共晶相（如Laves相）。当焊接热循环使热影响区（HAZ）的温度达到这些相的熔化范围时，晶界就会局部熔化。在焊接应力作用下，这些脆弱的液态晶界就会开裂。
· 易发位置：主要发生在热影响区（HAZ），靠近熔合线的地方。
2. 焊缝金属凝固裂纹（Solidification Cracking）：
· 原因：发生在焊缝金属凝固的最终阶段。合金元素（同样是Nb、Mo等）在枝晶间偏析，形成低熔点薄膜，在凝固收缩应力的作用下被拉裂。
· 易发位置：焊缝中心。
3. 析出相引起的性能下降：
· Laves相：如果焊接过程中Nb偏析严重，会在枝晶间形成大量脆性的Laves相（Ni₂Nb）。它会大量吞噬关键的强化元素Nb，导致焊缝区域强度、延展性和抗疲劳性能显著下降。
· 碳化物析出：热影响区中过度的碳化物析出会降低材料的韧性。
4. 焊后热处理（PWHT）裂纹：
· 虽然对应变时效裂纹不敏感，但如果零件结构复杂、拘束度大，在焊后热处理过程中仍然可能因应力松弛而产生裂纹。
关键焊接工艺控制要点
为了获得成功的焊接接头，必须严格控制以下环节：
1. 低热输入（Low Heat Input）：
· 原则：采用“又快又冷”的焊接策略。
· 方法：使用较低的电流、较快的焊接速度、较小的焊道。这可以减小熔池和热影响区的范围，缩短在敏感温度区间的停留时间，从而最大限度地减少液化裂纹倾向和Nb的偏析。
2. 严格控制层间温度（Interpass Temperature）：
· 要求：通常必须严格控制在150°C (300°F) 以下。
· 原因：防止热量累积，避免过热。过高的层间温度相当于对前一焊道进行了有害的热处理，会加剧晶粒长大和有害相的析出。
3. 焊材选择（Filler Metal）：
· 同质焊丝：最常用的是ERNiFeCr-2（即与母材成分相同的Inconel 718焊丝）。但需注意，它同样存在偏析和形成Laves相的趋势。
· 异质焊丝（常用于修复）：
· ERNiCrMo-4 (如Hastelloy X焊丝)：具有良好的抗裂性和流动性，但焊缝强度低于母材。
· ERNiCr-3 (如Inconel 82焊丝)：也是一种常见选择，抗裂性好，但强度也较低。
· 选择异质焊丝通常是为了牺牲部分强度来换取更高的抗裂性和工艺宽容度，尤其适用于拘束度大或难以进行焊后热处理的工况。
4. 焊前状态（Base Metal Condition）：
· 最佳焊接状态是固溶退火状态（Solution Annealed），此时材料最软，延展性最好，残余应力最低。
· 避免直接焊接时效态（Aged）的材料，因为其强度高、延展性差，焊接裂纹敏感性极高。
5. 焊后热处理（PWHT）：
· 必须进行：为了溶解焊接过程中形成的有害δ相和Laves相，并使γ''强化相均匀析出，恢复焊缝区域的力学性能和耐腐蚀性。
· 标准工艺：通常采用AMS 5662或AMS 5950标准中规定的直接时效（Direct Aging）热处理制度：在720°C (1350°F) 保温8小时，以50°C/h (90°F/h) 炉冷至620°C (1150°F)，保温8小时，然后空冷。
推荐的焊接方法
· 气体保护钨极焊 (GTAW/TIG)：首选方法，尤其适用于薄板、打底焊和精密部件的焊接。能提供最精确的热输入控制。
· 气体保护金属极焊 (GMAW/MIG)：可用于较厚材料的焊接，效率更高，但热输入控制不如TIG精确。
· 电子束焊 (EBW) 和 激光焊 (LBW)：非常适合精密焊接，热输入极低，变形小，能获得非常窄的焊缝和热影响区，性能优异。
总结
特性 评价与说明
总体可焊性 在沉淀强化镍基超合金中属于最好的一类
核心优势 对应变时效裂纹（SAC）不敏感，得益于γ''相的缓慢析出动力学
主要问题 热影响区液化裂纹和焊缝凝固裂纹（主要由Nb偏析导致）
关键工艺 低热输入、严格控制层间温度（
焊材选择 同质（ERNiFeCr-2）或异质（ERNiCrMo-4, ERNiCr-3）
焊前状态 优选固溶退火态
焊后处理 必须进行标准时效热处理以恢复性能
因此，焊接Inconel 718需要像对待一项精密工艺一样，通过严格控制热输入和温度来扬长避短，才能获得性能合格的焊接接头。
来源：小何科技讲堂