一、镍基高温合金分类与焊接技术

图6 激光焊接工艺参数对GH3539镍基高温合金焊接接头的影响：a 焊缝微观组织：a1 热影响区微观组织；a2 焊缝顶部微观组织；a3 焊缝底部微观组织；b 焊接参数对焊缝成形的影响：b1 在焊接速度为0.06 m/s条件下，不同激光功率下的焊缝宽度与熔深变化；b2 焊缝宽度与熔深随离焦距离的变化；b3 焊接速度与焊缝宽度/熔深的关系；c 焊接接头中的热裂纹：c1 凝固裂纹；c2 熔化裂纹；c3 混合裂纹[

图7 K465镍基高温合金接头形貌分析：a 热影响区与熔合区微观组织；b 区域2放大图；c 熔合区宏观结构；d 中文字符状MC碳化物；e γ/γ′共晶

图8 焊接接头微观组织：a 经固溶热处理的IN-738显微照片，显示初生与次生γ′ 析出相、MC型碳化物及γ–γ′共晶；b 晶间熔化；c 晶内熔化；d IN-738中无裂纹线性摩擦焊连接接头的显微照片

图9 钎料金属微观组织及钎焊试样示意图：a 钎料金属微观组织：a1 Cr0钎料、a2 Cr1钎料、a3 Cr2钎料；b 采用不同钎料焊接的接头：b1 Cr0钎料、b2 Cr1钎料、b3 Cr2钎料；c 钎焊试样；d 剪切试验用夹具；e 钎焊接头平均剪切强度

图17 不同电流下焊道形貌：a 150 A；b 170 A；c 190 A；d 210 A；e 230 A；f 250 A；g 最大裂纹长度随焊接电流（热输入）的变化关系

图10 镍基高温合金中凝固裂纹形貌：a、b Ni–28W–6Cr合金中凝固裂纹的显微组织，c Ni–28W–6Cr合金中凝固裂纹的显微组织,K465高温合金中的情况及d MC型碳化物与液膜，e、f Ni–26W–6Cr 合金中凝固裂纹的显微组织。

图14 四种含Nb镍基高温合金的不同显微组织示意图：a 高C低Nb镍基高温合金；b 少量Laves相的高Nb高C镍基高温合金；Laves相数量；c 高Nb高C镍基高温合金（含大量Laves相）；d 低C镍基高温合金

图15 不同Si含量ERNiMo-2焊丝对GH3535镍基高温合金焊接凝固裂纹敏感性的影响分析：a 6%应变下的横向可变拘束试验结果：a1 Si1、a2 Si2、a3 Si3、a4 Si4；b 裂纹表面形貌：b1 Si1、b2 Si2、b3 Si3、b4 Si4；c 透射电镜（TEM）裂纹尖端共晶碳化物的形貌图像：c1 Si1、c2 Si2、c3 Si3、c4 Si4；d 裂纹尖端共晶碳化物的EDX分析结果：d1 Si1、d2 Si2、d3 Si3、d4 Si4；e 焊缝金属中由共晶回填引发的裂纹愈合现象：e1 Si1、e2 Si2、e3 Si3、e4 Si4 

2.2

液化裂纹

图22 液化裂纹微观形貌：a IN-738 LC合金的液化裂纹［137］，b Inconel 718合金的液化裂纹［138］，c、d K447A合金的液化裂纹［139, 140］。

图23 成分熔化分析：a 二元合金相图，b γ-AB扩散偶初始构型，c 按照相图所示，熔化AB颗粒前方液相浓度梯度，d AB熔化末期液相中亚稳态浓度梯度的形成，e AB颗粒成分偏析熔化在晶界液膜中形成横向浓度梯度

图24 Mn含量对GH4169 镍基高温合金电子束焊接液化开裂敏感性的影响：a 液化开裂形貌，b晶界处化合物的EDS分析，c热影响区内Mn分布，d能谱分析显示的焊缝断口形貌

图25 Ti与Mo对液化开裂敏感性影响的分析：a Ti浓度的影响，b Mo浓度的影响[158]，c随Mo/W比变化的Ta、Cr、Mo、W及Re偏析行为变化

图26 不同热输入下718Plus镍基高温合金热影响区液化开裂分析：低热输入条件下718Plus高温合金激光焊缝熔合区与热影响区的光学显微照片，b高热输入焊接条件，c共晶回填，d高热输入激光焊无裂纹热影响区中的晶界液化，e热影响区晶界增厚现象。

图27 不同热输入对GH909镍基高温合金激光焊接接头液化开裂敏感性的影响分析：a液化开裂形貌；不同热输入下热影响区显微组织：b 60 J/mm，c 78 J/mm，激光焊接热输入对热影响区开裂的影响；焊接参数对热影响区开裂的影响：e焊接速度，f激光功率

2.3

塑性下降裂纹

图29 DDC微观形貌：a 690镍基高温合金的DDC[179]，b FM-82的塑性下降开裂[180]，c、d 多道ERNiCrFe-7A堆焊层的DDC

图30 晶界析出相对晶界滑移、应变集中及孔洞形成的影响：a 平直晶界，b 晶界析出相的影响，c 晶界析出相与曲折晶界共同作用的影响

图31 添加Nb和Ti的镍基填充金属52热裂纹分析：a FM-52 断裂应变试验试样的显微组织：a1 FM-52 + Nb，a2 FM-52 + Ti，a3 FM-52 + Ti + Nb；b 所示晶界析出相的XEDS谱图：b1 富Nb晶界析出相，b2 富Ti晶界析出相，b3 富Ti-Nb晶界析出相，c 断裂应变试验结果对比：c1 FM-52与FM-52 + Nb，c2 FM-52与FM-52 + Ti，c3 FM-52与FM-52 + Ti + Nb

图32 夹杂物成分分析及DDC形貌：a 不同Al和Ti含量样品的夹杂物形貌：a1 Al = 0.14wt%，Ti = 0.30wt%，a2Al = 0.29wt%，Ti = 0.62wt%，a3 Al = 0.42wt%，Ti = 0.92wt%，a4 Al = 0.19wt%，Ti = 0.34wt%，b 夹杂物XEDS分析，c 夹杂物成分数据，d 塑性下降开裂

图33 填充金属中不同P和S含量对690镍基高温合金多道焊微裂纹影响的分析：a 690镍基高温合金多道焊缝金属中微裂纹形貌（采用不同S和P含量的填充金属）：a1 S = 16wt%，P = 50wt%，a2 S = 37wt%，P = 9wt%，a3 S = 1wt%，P = 20wt%，b 示意图微裂纹示意图：b1 S = 16wt%，P = 50wt%，b2 S = 37wt%，P = 9wt%，b3 S = 1wt%，P = 20wt%，c 采用S和P含量分别为16wt%和50wt%的填充金属进行多道焊所获得焊缝金属中微裂纹萌生位置的直方图，d 总DDC长度与填充金属中痕量及杂质元素含量的回归分析

图34 热输入与施加应变对690镍基高温合金焊缝金属热裂纹敏感性的影响：a 最大凝固裂纹长度统计，b总凝固裂纹长度，c 最大DDC长度统计，d 总DDC长度统计

图35 自拘束裂纹试验：a 鱼骨状裂纹试验，b 圆形补片焊接试验，c 双角焊缝试验试样形状，d 铸针撕裂试验装置。

图36 外加载荷作用下裂纹试验方法：a Varestraint 试验，b 横向Varestraint 试验，c U型热裂纹试验，d 横向运动可焊性（TMW）试验，e 程序化变形速率（PVR）试验，f 横向拉伸式热裂纹试验。

图 37 Varestraint 试验与双角焊缝试验结果： a 用于Varestraint试验的带焊道试样，b 双角焊缝试验试样，c 四种焊缝金属熔合区内的总裂纹长度焊缝金属，d 四种焊缝金属熔合区内的最大裂纹长度

图38 U型热裂纹试验及七种不同镍基高温合金的裂纹敏感性评估：U型热裂纹装置在焊接前a与焊接后的工作原理b、c 各种镍基高温合金的液化裂纹敏感性及液化温度范围

图39 STF试样及不同镍基高温合金临界应变随温度的变化：a STF试样，b WHS690M和Inconel 52M的临界应变随温度的变化

图20 不同焊接速度对IC10镍基高温合金电子束焊接凝固裂纹敏感性的影响分析：a 接焊缝宏观形貌：a1 1600 mm/min 接头 1； a2 1800 mm/min 接头 2； a3 2000 mm/min接头3；b 不同焊接速度下对接焊缝熔合区的显微组织：b1 1600 mm/min接头1；b2 1800 mm/min接头2；b3 2000 mm/min接头3；c 不同焊接速度对接焊缝的晶界形貌：c1 1600 mm/min接头1；c2 1800 mm/min接头2；c3 2000 mm/min接头3；d 不同焊接速度对接焊缝的裂纹统计；e 不同焊接速度对接焊缝的平均晶粒尺寸；f 小角度晶界与大角度晶界比例图。

图21 磁搅拌焊接装置及超声处理对裂纹敏感性的影响结果：a GTAW焊枪与磁探针示意图，其中洛伦兹电弧力方向向下，电流流向及探针诱发的环形电弧振荡偏转，b 焊接电流与超声处理对Inconel 718合金裂纹敏感性数值的影响，c 超声振动对Inconel 718合金枝晶臂长的影响。