KR102232809B1 - Welding material for welding of superalloys - Google Patents

Abstract

상온에서 높은 함유량의 감마 프라임 상을 갖는 석출 경화형 초합금으로 제작된 엔진 부품의 용접 보수를 위한, 0.3 - 0.8 wt.% B의 범위의 붕소, 0.2 - 0.8 wt.% C, 17 - 23 wt.% Cr, 0.35 - 10 wt.% Mo, 0.1 - 4.15 wt.% Nb과 함께, 나머지로 니켈 또는 철과 불순물을 포함하는, 초합금의 용접을 위한 용접 재료.Boron in the range of 0.3-0.8 wt.% B, 0.2-0.8 wt.% C, 17-23 wt.% for welding repair of engine parts made of precipitation hardening superalloy with high content of gamma prime phase at room temperature. A welding material for the welding of superalloys, containing Cr, 0.35-10 wt.% Mo, 0.1-4.15 wt.% Nb with the remainder nickel or iron and impurities.

Description

초합금의 용접을 위한 용접 재료{WELDING MATERIAL FOR WELDING OF SUPERALLOYS}Welding material for welding of super alloys{WELDING MATERIAL FOR WELDING OF SUPERALLOYS}

본 출원은 Alexander B. Goncharov, Joseph Liburdi 와 Paul Lowden에 의해 "초합금을 용접하기 위한 용접 재료" 라는 표제로 2013년 9월 30일에 출원된 미국 가출원 61/884169 로부터 우선권을 주장하며, 이 미국 가특허출원의 전문이 본 출원에 포함된다. This application claims priority from US Provisional Application 61/884169 filed September 30, 2013 by Alexander B. Goncharov, Joseph Liburdi and Paul Lowden entitled "Welding Materials for Welding Superalloys", The full text of the patent application is included in this application.

20 - 23 wt.% Cr, 8 - 10 wt.% Mo, 3.15-4.15 wt.% Nb, 0.1 wt.% C 및 나머지는 니켈과 불순물을 포함하는 합금 625 (AMS 5879에 따라 제작된 Inconel 625로 또한 알려져있음)은 최대 980℃ (1800℉)까지의 온도에서 충분한 산화 내성과, 최대 870℃ (1598 ℉)까지 양호한 기계적 성질을 가지며, 수성 부식에 대해 우수한 저항성을 제공한다. 그 결과, 이 합금은 항공우주, 화학 및 발전 산업에서 수십년간 널리 사용되어 왔다.20-23 wt.% Cr, 8-10 wt.% Mo, 3.15-4.15 wt.% Nb, 0.1 wt.% C and the rest are alloy 625 containing nickel and impurities (Inconel 625 manufactured according to AMS 5879. Also known) have sufficient oxidation resistance at temperatures up to 980°C (1800°F), good mechanical properties up to 870°C (1598°F), and provide excellent resistance to aqueous corrosion. As a result, this alloy has been widely used for decades in the aerospace, chemical and power industries.

또한, 용접 와이어 및 봉의 형태로 AMS 5837에 따라 제작된 Inconel 625 은 독특한 금속 성질 때문에 GTAW, 레이저 및 플라즈마 용접 및 클래딩(피복)에 의한 터빈 엔진 부품의 균열 보수 및 치수 복원에 사용되어 왔다. In addition, Inconel 625, manufactured according to AMS 5837 in the form of welding wire and rod, has been used for repairing cracks and dimensional restoration of turbine engine parts by GTAW, laser and plasma welding and cladding because of its unique metallic properties.

Inconel 625은 견실한 용접을 제공하지만, Banerjee K., Richards N.L., 및 Chaturvedi M.C. "Effect of Filler Alooys on Heat Affected Zone Cracking in Pre-weld Heat Treated IN-738 LC Gas-Tungsten-Arc Welds" Merallurgical and Materials Transactions, Volume 36A, 2005년 7월, 페이지 1881 - 1890 에 나와있듯이, Inconel 738, GTD 111, GTD 222, Inconel 713 및 고함량의 감마 프라임 상 (γ')을 갖는 일부 다른 석출 경화형 초합금의 열 영향부(heat affected zone:HAZ)는 미세한 갈라짐(microfissuring)으로도 알려진 미소균열이 생기기 쉽다.Inconel 625 provides robust welding, but Banerjee K., Richards NL, and Chaturvedi MC "Effect of Filler Alooys on Heat Affected Zone Cracking in Pre-weld Heat Treated IN-738 LC Gas-Tungsten-Arc Welds" Merallurgical and Materials Transactions, Volume 36A, July 2005, pages 1881-1890, Inconel 738, GTD 111, GTD 222, Inconel 713 and high gamma prime phase (γ') The heat affected zone (HAZ) of some other precipitation hardening superalloys It is prone to microcracks, also known as microfissuring.

낮은 크리프 특성은 이 합금의 또다른 큰 단점이며, 이는 스트레스를 많이 받는 구조상 및 봉쇄(격납) 엔진 부품의 보수를 위한 용도에 제한을 준다. 현재는, 더 우수한 다른 재료는 물론이고, AMS 5839에 따라 제조된 Haynes 230 용접 와이어가 합금 625의 대신하여 이들 엔진 부품의 용접 보수를 위해 사용된다. 하지만, Haynes 230 용접 와이어로 Inconel 738 및 GTD 111 초합금의 용접은 HAZ 균열을 가중시킨다.low Creep properties are another major drawback of this alloy, which limits its use for repair of stressed structural and containment (containment) engine parts. Currently, Haynes 230 welding wire made according to AMS 5839, as well as other better materials, is used in place of alloy 625 for welding repair of these engine parts. However, welding of Inconel 738 and GTD 111 superalloys with Haynes 230 welding wire intensifies the HAZ crack.

용접 풀(pool)의 고상선-액상선 범위와 HAZ의 과열을 낮춤으로써 HAZ 균열 을 방지하는데 붕소 및 일부 다른 융점 강하제가 사용된다. 하지만, 다량의 붕소는 Inconel 625 합금을 사용하여 제조된 용접의 크립과 파단 특성을 더욱 낮춘다.Boron and some other melting point depressants are used to prevent HAZ cracking by lowering the solidus-liquid range of the weld pool and overheating of the HAZ. However, large amounts of boron further lower the creep and fracture properties of welds made using Inconel 625 alloy.

한편으로, US RE 29920 및 RE 28681에 기재되어 있는(Inconel 625과 유사함) 0.05 - 0.3 wt.% B, 최대 0.35 wt.% C 5 내지 22 wt.% Cr, 최대 8 wt.% 및 최대 3 wt.% Nb 를 포함하는 니켈 기재 합금 중의 불충분한 붕소 함량은 실험에 의해 밝혀진 바와 같이, GTD 111 합금의 HAZ 균열을 방지하지 못한다. On the one hand, 0.05-0.3 wt.% B, up to 0.35 wt.% C 5 to 22 wt.% Cr, up to 8 wt.% and up to 3 as described in US RE 29920 and RE 28681 (similar to Inconel 625). Insufficient boron content in the nickel-based alloy containing wt.% Nb does not prevent HAZ cracking of the GTD 111 alloy, as revealed by experiments.

특허 US4363659, US3428442에 기재된 유사 합금은 물론이고, US3918964에 기재된 합금과 같이, (0.04 wt.%-0.8 wt.%)의 붕소 및 탄소 (0.12 wt.% -1.2 wt.%) 함량을 갖는 니오븀 없는 니켈-크롬-몰리브덴 기재 합금은 주로 표면경화(hard facing)에만 사용되어 왔다. 원칙적으로, 표면 경화 합금은 낮은 파단과 낮은 싸이클 피로 특성을 가지며, 터빈 엔진 부품 구조상 보수에는 사용될 수 없다.Similar alloys described in patent US4363659, US3428442 as well as niobium-free with boron and carbon (0.12 wt.% -1.2 wt.%) content of (0.04 wt.%-0.8 wt.%), like the alloy described in US3918964, Nickel-chromium-molybdenum based alloys have been mainly used only for hard facing. In principle, hardened surface alloys have low fracture and low cycle fatigue properties, and cannot be used for repair due to the construction of turbine engine components.

따라서, Inconel 738, GTD111 및 고함량의 γ'상을 갖는 다른 초합금의 HAZ 균열을 방지하면서, 동시에 고온에서 용접의 기계적 성질을 증가시키기 위해서는 다른 니켈 및 철 기재 용접 재료는 물론이고, Inconel 625의 상당한 개선이 요구된다. Therefore, in order to prevent HAZ cracking of Inconel 738, GTD111, and other superalloys with a high content of γ'phase, while at the same time increasing the mechanical properties of the welding at high temperature, other nickel and iron based welding materials, as well as other nickel and iron based welding materials, are significant Improvement is required.

발명의 간단한 설명Brief description of the invention

본 발명자들은 0.3 - 0.8 wt.%의 붕소 (B), 0.2 - 0.8 wt.% 의 탄소 (C), 17 - 23 wt.% 의 크롬 (Cr), 8 - 10 wt.% 의 몰리브덴 (Mo), 0.1 - 4.15 wt.% 의 니오븀 (Nb) 및 나머지로 니켈 또는 철과 불순물을 포함하는 용접 재료가 Inconel 738, GTD 111 및 그밖의 다른 니켈 기재 초합금의 HAZ에서의 균열을 최소화하고 종종 제거하며, 다양한 니켈 및 철 기재 합금에 대해 용접의 기계적 성질을 향상시키는 고강도 용접을 생산한다는 것을 발견하였다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 재료는 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된다:
a) 붕소: 0.3 내지 0.8 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.8 wt.%
c) 크롬: 17 내지 25 wt.%
d) 몰리브덴: 6 내지 12 wt.%
e) 철: 75 wt.% 이하
f) 불순물과 함께 니켈: 나머지.
바람직하게는, 0.1 내지 4.5 wt.% 의 니오븀을 더 포함한다.
바람직하게는, 크롬 함유량은 18 내지 23 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 몰리브덴 함유량은 8 내지 10 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 니오븀 함유량은 3 내지 4.5 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 5 wt.% 이하의 철을 더 포함한다.
바람직하게는, 규소, 망간, 티타늄 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 0.1 내지 3.5 결합 wt.% 를 더 포함한다.
보다 바람직하게는, 본 발명의 용접 재료의 상기 원소들의 함유량은 다음과 같고,
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 몰리브덴: 0.75 wt.% 이하
d) 철 60 내지 75 wt.%
그리고 다음을 더 포함한다:
e) 니오븀: 0.1 내지 1.4 wt.%
바람직하게는, 크롬 함유량은 17 내지 22 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함한다.
바람직하게는, 크롬 함유량은 17 내지 20 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 철 함유량은 63 내지 72 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함한다.
바람직하게는, 몰리브덴 함유량은 0.35 내지 0.65 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 크롬 함유량은 19 내지 22 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 철 함유량은 63 내지 70 wt.% 를 구성한다.
바람직하게는, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 용접 재료는 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된다:
a) 붕소: 0.4 내지 0.8 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.8 wt.%
c) 크롬: 20 내지 23 wt.%
d) 몰리브덴 8 내지 10 wt.%
e) 니오븀: 3.15 내지 4.14 wt.%
f) 철 5 wt.% 이하
g) 티타늄, 규소 및 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.4 결합 wt.% 이하
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 용접 재료는 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된다:
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 크롬: 17 내지 20 wt.%
d) 몰리브덴: 0.75 wt.% 이하
e) 니오븀: 0.1 내지 0.4 wt.%
f) 철 63 내지 72 wt.%
g) 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.%
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 용접 재료는 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된다:
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 크롬: 19 내지 22 wt.%
d) 몰리브덴: 0.35 내지 0.65 wt.%
e) 니오븀: 1 내지 1.4 wt.%
f) 철 63 내지 70 wt.%
g) 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.%
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.
바람직하게는, 용접 재료가 용접 분말이다.
바람직하게는, 용접 재료가 용접 와이어이다.
바람직하게는, 용접 재료가 터빈 엔진 부품의 보수 부분이다.
바람직하게는, 0.2 내지 0.5 wt.% 의 탄소 함유량과, 0.3 내지 0.4 wt.% 의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료가 균열 보수용 용접 와이어 또는 분말이다.
바람직하게는, 0.4 내지 0.8 wt.% 의 탄소 함유량과 0.4 내지 0.8 wt.%의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료가 표면 경화용 용접 와이어 또는 분말이다.The present inventors described 0.3-0.8 wt.% boron (B), 0.2-0.8 wt.% carbon (C), 17-23 wt.% chromium (Cr), 8-10 wt.% molybdenum (Mo). , 0.1-4.15 wt.% of niobium (Nb) and a welding material containing nickel or iron and impurities in the balance minimizes and often eliminates cracking in the HAZ of Inconel 738, GTD 111 and other nickel-based superalloys, It has been found that it produces high-strength welds that improve the mechanical properties of the weld for a variety of nickel and iron based alloys.
The welding material according to an embodiment of the present invention is composed of the following elements in weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.8 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.8 wt.%
c) chromium: 17 to 25 wt.%
d) Molybdenum: 6 to 12 wt.%
e) Iron: 75 wt.% or less
f) Nickel with impurities: the rest.
Preferably, it further comprises 0.1 to 4.5 wt.% of niobium.
Preferably, the chromium content constitutes 18 to 23 wt.%.
Preferably, the molybdenum content constitutes 8 to 10 wt.%.
Preferably, the niobium content constitutes 3 to 4.5 wt.%.
Preferably, it further contains 5 wt.% or less of iron.
Preferably, the micro-alloy elements selected from silicon, manganese, and titanium: 0.1 to 3.5 bonded wt.% are further included.
More preferably, the content of the above elements in the welding material of the present invention is as follows,
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) Molybdenum: 0.75 wt.% or less
d) 60 to 75 wt.% iron
And it includes more:
e) Niobium: 0.1 to 1.4 wt.%
Preferably, the chromium content constitutes 17 to 22 wt.%.
Preferably, the micro-alloy elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 bonds further include wt.%.
Preferably, the chromium content constitutes 17 to 20 wt.%.
Preferably, the iron content constitutes 63 to 72 wt.%.
Preferably, the micro-alloy elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 bonds further include wt.%.
Preferably, the molybdenum content constitutes 0.35 to 0.65 wt.%.
Preferably, the chromium content constitutes 19 to 22 wt.%.
Preferably, the iron content constitutes 63 to 70 wt.%.
Preferably, the micro-alloy elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 bonds further include wt.%.
A welding material according to another embodiment of the present invention is composed of the following elements by weight percentage:
a) Boron: 0.4 to 0.8 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.8 wt.%
c) chromium: 20 to 23 wt.%
d) 8 to 10 wt.% molybdenum
e) Niobium: 3.15 to 4.14 wt.%
f) 5 wt.% or less of iron
g) Micro alloying elements selected from titanium, silicon and manganese: 1.4 binding wt.% or less
h) Nickel with impurities: the rest.
A welding material according to another embodiment of the present invention is composed of the following elements in weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) chromium: 17 to 20 wt.%
d) Molybdenum: 0.75 wt.% or less
e) Niobium: 0.1 to 0.4 wt.%
f) 63 to 72 wt.% iron
g) Micro alloying elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%
h) Nickel with impurities: the rest.
A welding material according to another embodiment of the present invention is composed of the following elements in weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) chromium: 19 to 22 wt.%
d) Molybdenum: 0.35 to 0.65 wt.%
e) Niobium: 1 to 1.4 wt.%
f) 63 to 70 wt.% iron
g) Micro alloying elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%
h) Nickel with impurities: the rest.
Preferably, the welding material is a welding powder.
Preferably, the welding material is a welding wire.
Preferably, the welding material is a repair part of the turbine engine component.
Preferably, the welding material having a carbon content of 0.2 to 0.5 wt.% and a boron content of 0.3 to 0.4 wt.% is a welding wire or powder for crack repair.
Preferably, the welding material having a carbon content of 0.4 to 0.8 wt.% and a boron content of 0.4 to 0.8 wt.% is a welding wire or powder for surface hardening.

현(발명된) 합금의 장점Advantages of current (invented) alloys

1) 최대 980℃ (1800℉)까지의 온도에서 우수한 기계적 성질을 갖는 용접을 생산한다. 980℃ (1800℉)에서의 용접의 파단 특성은 표 3에서 보여준 바와 같이, 표준 Inconel 625 및 Haynes 230의 파단 특성을 초과한다.1) Produces welds with excellent mechanical properties at temperatures up to 980°C (1800°F). The fracture properties of the weld at 980°C (1800°F) exceed those of the standard Inconel 625 and Haynes 230, as shown in Table 3.

2) HAZ 균열을 최소화하거나 제거하면서, 상온에서 Inconel 738 및 GTD 111 및 그밖의 다른 고감마 프라임 니켈 기재 초합금의 용접이 가능하다. 2) It is possible to weld Inconel 738 and GTD 111 and other high gamma prime nickel based superalloys at room temperature while minimizing or removing HAZ cracks.

3) 보수 부분(부품)의 냉간 가공을 허용하면서, 상온에서 연성 용접을 생산한다.3) Produces ductile welding at room temperature while allowing cold working of repaired parts (parts).

4) 용접 와이어는 저렴한 비용의 표준 드로잉 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 4) The welding wire can be manufactured using a low cost standard drawing process.

5) 0.2 - 0.4 wt.% 의 탄소와 붕소 함유량을 갖는 현재의 합금의 바람직한 실시예는 엔진 부품의 균열 보수에 사용될 수 있는데 반하여, 0.3 - 0.8 wt.% 의 탄소 함유량을 갖는 실시예는 표면 경화에 사용될 수 있다.5) Preferred embodiments of the current alloys having a carbon and boron content of 0.2-0.4 wt.% can be used for crack repair of engine parts, whereas those having a carbon content of 0.3-0.8 wt.% are surface hardened. Can be used for

니켈 기재 용접 재료는 용접 와이어가 될 수 있다. The nickel-based welding material can be a welding wire.

니켈 기재 용접 재료는 용접 분말이 또한 될 수 있다. The nickel-based welding material may also be a welding powder.

니켈 기재 용접 재료는 터빈 엔진 부품의 보수 부분이 될 수 있으며, 이때 0.2 - 0.3 wt.%의 탄소 함유량과 0.3 - 0.4 wt.%의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료는 엔진 부품의 균열이 난 부분을 대체하고, 0.3 - 0.8 wt.% 의 탄소 함유량과 0.5 - 0.8 wt.%의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료는 운전(사용) 조건에서 마모되고 프레팅(마손 부식)되는 엔진 부품의 부분에 적용된다. Nickel-based welding material can be used as a repair part of turbine engine parts, where a welding material having a carbon content of 0.2-0.3 wt.% and a boron content of 0.3-0.4 wt.% replaces the cracked part of the engine part. And, a welding material having a carbon content of 0.3-0.8 wt.% and a boron content of 0.5-0.8 wt.% is applied to parts of engine parts that are worn and fretting (wear and corrosion) under operating (use) conditions.

다른 바람직한 실시예에 따라, 니켈 기재 재료는 슈라우드, 베인(날개), 케이싱, 슈라우드 지지 링, 공기 밀봉 링과 같은 특정한 엔진 부품의 물품이 될 수 있다.According to another preferred embodiment, the nickel based material may be an article of certain engine parts such as shrouds, vanes, casings, shroud support rings, air seal rings.

도면 1은 발명된 용접 재료를 사용하여 GTAW-MA 용접에 의해 Inconel 738 기판 상에 제조된 클래드(피복) 용접의 단면도이다.
도면 2 은 0.4 wt.% B 및 0.2 wt.% C를 포함한, 용접 봉을 사용하여 GTD 111 기반 재료 상에 제조된 용접의 현미경 사진인데, 바닥에 균열 없는 HAZ 와 상단에 용접 축적을 보여준다.
도면 3a 은 표준 Inconel 625를 사용하여 제조된 균질 GTAW 용접의 현미경 사진이다.
도면 3b 은 본 발명에 따라 추가적으로 붕소 및 탄소와 합금화된 Inconel 625 용접 와이어를 사용하여 제조된 GTAW 용접의 현미경 사진인데, 연성 니켈 기재 매트릭스에서의 고강도 입방형 붕소화물 및 탄화물의 석출(침전)을 보여준다.
도면 4a 는 표준 349 스테인레스 스틸 용접 와이어를 사용하여 제조된 균질 GTAW 용접의 현미경 사진이다.
도면 4b 은 본 발명에 따라 추가적으로 붕소 및 탄소와 합금화된, 349 철 기재 용접 와이어를 사용하여 제조된 GTAW 용접의 현미경 사진인데, 연성 철 기재 매트릭스에서의 고강도 입방형 붕소화물 및 탄화물의 석출을 보여준다.
도면 5 는 탄화물의 등축정(등축 입자)과 입자간 석출 내에서, 고강도 입방형 붕소화물 및 탄화물의 균일한 석출을 갖는, 소둔(어닐링) 상태에서의 발명된 니켈 기재 합금의 미세구조를 묘사한다.
도면 6 은 1200℃의 온도에서의 PWHT 어닐링 및 표준 시효(에이징) 열처리 후에, GTD 111 니켈 기반 초합금 상의 용접 금속 3의 현미경 사진인데, 균열 없는 HAZ를 보여준다.
도면 7 은 1200℃의 온도에서의 PWHT 어닐링과 표준 시효 열처리 후에 GTD 111 기반 재료 상의 용접 금속 2A 의 현미경 사진인데, HAZ 미소균열과 용접 금속 안으로 균열의 전파를 보여준다.
도면 8 은 1205℃의 온도에서 어닐링된 열 처리 후에, 0.85 wt.% B 및 1.2 wt.% C 를 포함한 용접 봉을 사용하여, GTD 111 니켈 기반 초합금에 제조된 용접의 현미경 사진인데, 부적격한 수지상(나뭇가지상)간(interdendritic) 응고 수축을 묘사한다.
도면 9 는 0.25 wt.% C 및 0.4 wt.% B 를 포함한, 니켈 기재 연성 용접 와이어를 사용하여 제조된 팁 용접 (1) 과, 0.6 wt.% B 및 0.6 % wt. C를 포함한 표면경화 와이어로 제조된 내마모성 엔젤 윙 용접 (2)을 갖는, GTD 111 초합금으로 제작된 스테이지 1 고압 터빈 블레이드를 보여준다.
표준 두음글자 (약어)
AMS - 항공우주 재료 시방서 (규격)
ASTM - 미국 재료시험협회 (규격)
AWS - 미국 용접 협회 (규격)
HAZ - 열 영향부
NDT - 비파괴 검사
OEM - 주문자 상표부착 생산
PWHT - 용접후 열처리
SS - 스테인레스 스틸
용어해설 및 용어 (정의)
합금 - 두가지 또는 그 이상의 재료의 혼합물로 이루어진 금속 화합물.
초합금 - 고온에서 사용하기 위한 산화 내성 및 기계적 성질을 갖는 금속성 재료.
아르곤 켄치 ( Quench ) - 어닐링 온도에서 진공 열처리 챔버 안으로 아르곤을 도입하여, 상온으로 합금의 급냉을 초래함.
오스테나이트 - 면심 입방 상에 한가지 이상의 원소들의 고용체.
베이스(기반) 금속 또는 재료 - 함께 용접되어 이음(조인트)를 형성하는 두가지 이상의 금속들 중의 하나.
붕소화물 - 붕소와, 더욱 음전성인(more electronegative) 두가지 원소로 이루어진 화합물. 붕소는 금속과 비-금속 원소와 함께 붕소화물을 형성함.
탄화물 - 탄소와, 덜 음전성인(less electronegative) 원소로 이루어진 화합물. 탄소는 금속 (예컨대, 크롬, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈룸, 티타늄, 텅스텐, 및 IVB, VB 및 VIB 족의 다른 금속)과 비-금속 (예컨대, 붕소, 칼슘, 또는 규소)과 함께 탄화물을 생성할 수 있다. 금속 탄화물은 그들의 극도의 경도와 고온에 대한 저항력(내성)이 특징이다.
캐스트 니켈 합금 - 주형 안으로 액체로 붓거나 주입(cast)되고, 고체 형태로 냉각된 니켈을 함유하는 합금.
클래딩 (피복) - 베이스 재료 안으로의 최소의 침투로, 향상된 내마모성 및/또는 내부식성 또는 다른 물성의 개선을 목적으로 및/또는 원하는 치수로 부분품을 복구하기 위하여, 상대적으로 두꺼운(> 0.5 mm (0.02 인치)) 층의 용접 재료 및/또는 복합재 용접 분말을 도포하는 공정
냉간 압연 - 합금의 재결정　온도보다 아래의 온도에서 수행된 공정.
냉간 가공 - 실질적으로 재결정 온도보다 낮은 온도에서의 금속의 형성. 냉간 가공은 강도와 경도를 더한다.
균열 - 날카로운 끝부분과 폭에 대한 길이의 비가 높은 것(보통 3을 초과함) 이 특징인 파단-타입 불연속부.
균열 없는 용접 - 배율확대없이 방사선투과검사 또는 형광침투검사에 의하거나 또는 용접의 금속조직 시험에 의해 검출되는 0.004 인치 (0.1 mm) 이상의 길이를 갖는 선형 지시모양이 없는 용접.
균열 - 용접 풀(pool)의 응고가 완성되는 도중 또는 그 후에 용접에서 발전되는 파단.
크리프 (특성) - 응력의 영향 하에서, 고체 재료가 천천히 움직이거나 영구적으로 변형되어가는 경향. 크리프는 금속이 고온에서 일정한 인장 하중을 받을 때 일어난다.
크리프 및 파단 시험 - ASTM E139에 따라 일정한 온도에서 유지된 인장 시험편에 일정한 하중을 가함으로써 수행되는 시험이다. 파단 시험은 크리프 시험과 유사한 방식으로 수행되지만, 시험편이 파괴될 때까지 더 높은 응력 수준에서 수행되고, 파괴되는 시간을 측정한다. 주어진 하중에서 파단되기 전 시간이 재료의 파단 특성을 특징짓는데 사용된다.
희석 - 용접 비드 안에 베이스 재료 또는 사전(previous) 용접 금속의 혼합에 의해 유발된 용접 재료의 화학 조성의 변화로서, 용접 비드 안에서 베이스 금속 또는 사전 용접 금속의 퍼센트에 의해 측정된다.
불연속부 - 용접 금속의 전형적인 구조의 중단, 이를테면 베이스 또는 용접 금속의 기계적, 금속적 또는 물리적 특성에 있어서의 균질성의 결핍
드로잉 - 와이어를 단일 드로잉 다이 또는 일련의 다이들 중 하나를 통해서 끌어내어 뽑아내는 공정.
연성 - 금속 및 합금이 파괴되지 않고 연신, 신장 또는 형성되는 능력
평행갈라짐 - 파단 표면의 단지 약간의 분리(개구 변위)를 갖는 작은 균열형 불연속부. 접두어 매크로- 또는 마이크로- 는 상대적인 크기를 뜻한다.
융접 ( Fusion welding ) - 용접을 만드는데, 베이스 금속의 용융을 사용한 용접 공정.
감마 (γ) 상 - 연속 매트릭스 (감마라 부름)는 대게 높은 비율의 고용체 원소들 이를테면 Co, Cr, Mo, 및 W 등을 함유하는, 면심입방 구조 (fcc) 니켈-기재 오스테나이트 상이다.
감마 프라임 (γ') 상 - 니켈-기재 초합금 중의 주요한 강화 상은 니켈과, 알루미늄 또는 티타늄 중의 하나로 이루어지는 화합물 Ni3Al 또는 Ni3Ti 인데, 오스테나이트계 γ 매트릭스에 일관성있게(정합) 석출된다.
가스 무화(Atomization ) - 용해된 금속 스트림(흐름)을 오리피스를 통해 밀어넣고 그것을 불활성 가스 제트에 의해 미세한 금속 소적들로 무화(미립화) 시키고 이어서 급냉시킴으로써, 고품질 금속 분말을 제조하는 공정.
가스 텅스텐 아크( Arc ) 용접 ( GTAW ) - AWS 정의에 따르면, 이것은 금속들을 텅스텐 (비소모성) 전극과 제작품(베이스 재료라고도 함) 사이에서 아크로 가열함으로써, 금속들의 합체(coalescence)를 생산하는 아크 용접 공정이다. 차폐는 가스 또는 가스 혼합물로부터 얻어진다. 압력을 사용하거나 사용하지 않을 수 있고, 필러 금속도 사용하거나 사용하지 않을 수도 있다.
경도- 금속 및 합금이 압입자국(압흔), 용입(침투), 및 스크래칭에 저항하는 능력.
열 영향부 ( HAZ ) - 용해되지는 않았으나, 그것의 기계적 성질이나 미세구조가 용접의 열에 의해 변질된 베이스 금속의 일부분.
열처리- 재료의 구조를 변화시키고, 그것의 물리적 및 기계적 성질을 바꾸기 위해 사용되는, 제어된 가열 및 냉각 공정.
열간 압연 - 합금의 재결정　온도를 초과하는 온도에서 수행되는 공정.
유도 용해 - Eddy Current로도 또한 알려진 유도 전류가 금속과 합금을 가열하여 용해시키는 과정.
레이저 빔 용접 및 클래딩 (피복) ( LBW ) - AWS 정의에 따르면, 이것은 이음 또는 베이스 재료 위에 각각 쏘아 충돌하는 집중적 간섭성 광빔을 적용하여 얻어진 열로 재료의 합체를 만들어내는 용접 공정이다.
선형 불연속부 - 길이 대 폭의 비가 3:1 또는 그 이상이 되는 용접 결함.
멀티 패스 클래딩 및 용접 - 두가지 또는 그 이상의 패스에 의해 형성되는 용접.
니켈 기재 초합금 - 니켈의 함유량이 다른 합금화 원소의 함유량을 초과하는 재료.
플라즈마 아크 용접 ( PAW )- AWS 정의에 따르면, 이것은 전극과 제작품 (베이스 금속) 사이에서 (이송식 아크라고도 함), 또는 전극과 압축 노즐 사이에서 (비-이송식 아크로라고도 함) 압축 아크로 금속을 가열함으로써, 금속의 합체를 만들어내는 아크 용접 공정이다.
석출 열 처리 또는 경화(담금질) - 특정 원소가 석출되는 온도까지 합금을 가열하고, 더 단단한 구조를 형성한 후, 본래의 구조로 되돌아가지 않도록 방지하는 속도로 냉각시키는 공정.
재결정 - 기존의 것으로부터 새로운, 변형-없는 입자 구조의 형성으로서, 보통 가열하는 동안에 입자 성장이 수반된다.
재결정 온도- 지정된 시간 내에 기존의 입자 구조의 완전한 재결정이 일어나는 대략적인 온도이다.
압연(롤링) - 금속 스톡이 기계적으로 구동되는 한 세트의 롤을 통과하는 공정.
파단 강도- 파단 시에 재료에서 발전된 공칭 응력으로서, 이때 반드시 극한 강도와 동일하지는 않다.
응고 수축 - 응고하는 동안에 금속의 부피 수축.
용액 열처리 - 합금을 일정 시간동안 특정 온도로 가열하는데 사용되는 열처리 방법으로서, 한가지 이상의 합금화 원소들이 고용체에 용해되게 하고 그다음 신속하게 냉각시킨다.
극한 인장 강도 ( UTS )- 세로방향 응력에 대한 재료의 저항력으로서, 재료를 파단시키는데 필요한 최소량의 세로방향 응력에 의해 측정된다.
용접 - 압력의 인가 또는 압력의 인가없이, 재료를 용접 온도까지 가열하거나 또는 용접 재료를 사용하거나 또는 사용하지 않고, 압력 단독만 인가함으로써 제조되는, 금속 또는 비-금속의 국소적인 합체.
용접 비드 - 패스로 인한 용접.
용접 결함 - 선천적으로 또는 누적된 영향에 의해 부품이나 제품을, 최소 사용가능한 수용 규격이나 스펙을 만족시킬 수 없게 만드는 불연속부.
용접 패스 - 조인트, 용접 디포짓 또는 기판을 따라 용접 또는 클래딩 조작의 단일 진행. 패스의 결과는 용접 비드, 층 또는 분무 디포짓이다.
용접 풀 - 그것이 응고되기전, 용접 금속으로서 용접에서 용융 금속의 국부적(집중된) 부피
용접성 - 재료가 부과된 조건 하에서 특정한, 적합한 구조로 용접되고, 그것의 의도된 용도에 만족스럽게 수행할 수 있는 능력.
용접 - 용접을 만드는데 사용되는 재료의 결합 프로세스.
용접 분말 - 용접된 이음 또는 피복 용접의 제조에서 첨가되는 분말 형태인 용접 재료.
용접 봉 -표준화된 길이로 절단된 용접 와이어.
용접 와이어 - 용접된 이음 또는 피복 용접의 제조에 첨가되는 와이어의 형태인 용접 재료.
로우트 ( Wrought ) 니켈 합금 - 원하는 형태로 구부러지고, 두드려 만들고, 단조되거나 또는 물리적으로 형성된 니켈 기재 합금. 로우트 니켈 합금은 특정 타입의 강과 동일한 조건하에서 종종 용접된다.
항복 강도 - 금속이 영구적인 변형없이, 점진적인 진행력을 견딜 수 있는 능력.
플래니싱 - 시트 금속을 미세하게 성형하고 매끄럽게 함으로써 표면을 마무리하는 작업을 수반하는 금속가공 기술이다.1 is a cross-sectional view of a clad (cover) weld made on an Inconel 738 substrate by GTAW-MA welding using the invented welding material.
Figure 2 is a micrograph of a weld made on a GTD 111 based material using a welding rod, including 0.4 wt.% B and 0.2 wt.% C, showing the HAZ without cracks at the bottom and the weld buildup at the top.
3A is a photomicrograph of a homogeneous GTAW weld made using standard Inconel 625.
Figure 3b is a micrograph of a GTAW welding prepared using an Inconel 625 welding wire additionally alloyed with boron and carbon according to the present invention, showing the precipitation (precipitation) of high strength cubic borides and carbides in a ductile nickel base matrix. .
4A is a photomicrograph of a homogeneous GTAW weld made using standard 349 stainless steel welding wire.
Figure 4b is a micrograph of a GTAW weld made using a 349 iron based welding wire, additionally alloyed with boron and carbon according to the present invention, showing the precipitation of high strength cubic borides and carbides in a ductile iron based matrix.
Figure 5 depicts the microstructure of the invented nickel-based alloy in an annealed (annealed) state, with uniform precipitation of high-strength cubic borides and carbides, within equiaxed crystals (equal axis particles) and interparticle precipitation of carbides. .
Figure 6 is a micrograph of weld metal 3 on GTD 111 nickel-based superalloy after PWHT annealing and standard aging (aging) heat treatment at a temperature of 1200° C., showing HAZ without cracks.
Figure 7 is a micrograph of weld metal 2A on a GTD 111 based material after PWHT annealing at a temperature of 1200°C and standard aging heat treatment, showing HAZ microcracks and the propagation of cracks into the weld metal.
FIG. 8 is a micrograph of a weld made on a GTD 111 nickel-based superalloy using a welding rod containing 0.85 wt.% B and 1.2 wt.% C after heat treatment annealed at a temperature of 1205°C. Inadequate dendritic phase Describe the (interdendritic) coagulation contraction.
Figure 9 is a tip welding (1) prepared using a nickel-based flexible welding wire containing 0.25 wt.% C and 0.4 wt.% B, and 0.6 wt.% B and 0.6% wt. A stage 1 high pressure turbine blade made of GTD 111 superalloy is shown, with wear-resistant angel wing welds (2) made of hardened wire containing C.
Standard acronym (abbreviation)
AMS - Aerospace Material Specification (Standard)
ASTM - American Society for Testing and Materials (Standard)
AWS - American Welding Association (Standard)
HAZ - heat affected zone
NDT - non-destructive testing
OEM - Custom branded production
PWHT - Heat treatment after welding
SS - stainless steel
Glossary and Terminology (Definition)
Alloy- a metal compound consisting of a mixture of two or more materials.
Superalloy- a metallic material with oxidation resistance and mechanical properties for use at high temperatures.
Argon quench (Quench) - the introduction of argon into the vacuum heat-treating chamber at the annealing temperature, also resulting in rapid cooling of the alloy to room temperature.
Austenite- a solid solution of one or more elements in a face-centered cubic phase.
Base (base) metal or material -one of two or more metals that are welded together to form a joint (joint).
Boride-boron, and a more negative adult (more electronegative) compound made up of two elements. Boron forms borides with metal and non-metal elements.
Carbide- a compound consisting of carbon and a less electronegative element. Carbon can form carbides with metals (e.g., chromium, niobium, molybdenum, tantalum, titanium, tungsten, and other metals of groups IVB, VB and VIB) and non-metals (e.g., boron, calcium, or silicon). have. Metal carbides are characterized by their extreme hardness and resistance to high temperatures.
Cast Nickel Alloy -An alloy containing nickel that has been poured or cast as a liquid into a mold and cooled to a solid form.
Cladding (cover) -relatively thick (> 0.5 mm (0.02 mm)) with minimal penetration into the base material, for the purpose of improving wear and/or corrosion resistance or other properties and/or to restore parts to the desired dimensions Inch)) The process of applying a layer of welding material and/or composite welding powder
Cold rolling -a process carried out at a temperature below the recrystallization temperature of the alloy.
Cold working -the formation of metals at temperatures substantially below the recrystallization temperature. Cold working adds strength and hardness.
Crack -A fracture-type discontinuity characterized by a sharp tip and a high ratio of length to width (usually in excess of 3).
Crack-Free Welding-A weld without a linear indicator shape with a length of 0.004 inches (0.1 mm) or more as detected by radiographic or fluorescence penetrant testing without magnification, or by a metallographic test of the weld.
Crack -A fracture that develops in a weld during or after the solidification of the weld pool is complete.
Creep (property) -the tendency of a solid material to move slowly or deform permanently under the influence of stress. Creep occurs when a metal is subjected to a constant tensile load at high temperatures.
Creep and Fracture Test-This is a test performed by applying a constant load to a tensile test piece maintained at a constant temperature according to ASTM E139. The fracture test is performed in a similar manner to the creep test, but is performed at a higher stress level until the specimen fails, and the time to failure is measured. The time before failure at a given load is used to characterize the fracture properties of the material.
Dilution -The change in the chemical composition of the weld material caused by the mixing of the base material or previous weld metal in the weld bead, measured by the percentage of the base metal or pre-weld metal in the weld bead.
Discontinuity -Disruption of the typical structure of the weld metal, such as a lack of homogeneity in the mechanical, metallic or physical properties of the base or weld metal.
Drawing-The process of drawing a wire through a single drawing die or one of a series of dies.
Ductile -the ability of metals and alloys to elongate, elongate, or form without breaking
Parallel splitting - A small cracked discontinuity with only slight separation (opening displacement) of the fracture surface. The prefix macro- or micro- means relative size.
Fusion bonded (Fusion welding ) -To make welding, a welding process using melting of the base metal.
Gamma (γ) phase-The continuous matrix (called gamma) is a face-centered cubic structure (fcc) nickel-based austenite phase, usually containing a high proportion of solid solution elements such as Co, Cr, Mo, and W.
Gamma Prime (γ') Phase -The main reinforcing phase in the nickel-based superalloy is Ni3Al or Ni3Ti, a compound consisting of nickel and one of aluminum or titanium, which is deposited consistently (matched) in an austenitic γ matrix.
Gas atomization (Atomization) - molten metal stream (flow) the step of pushing into the manufacturing atomization (atomized) and subsequently, high-quality metal powders by rapid cooling into a fine metal droplets by an inert gas jet it through the orifice.
Gas Tungsten Arc (Arc) Welding (GTAW) - According to the AWS defined, which tungsten metal (non-consumable) electrode and the prototype (base materials sometimes known) arc welding to produce arc-polymer (coalescence), of the metal by heating between It's fair. Shielding is obtained from a gas or gas mixture. Pressure may or may not be used, and filler metal may or may not be used.
Hardness-The ability of metals and alloys to resist indentation (indentation), penetration (penetration), and scratching.
Heat Affected Zone ( HAZ)-A portion of the base metal that has not been dissolved, but whose mechanical properties or microstructure have been altered by the heat of the welding.
Heat Treatment -A controlled heating and cooling process used to change the structure of a material and change its physical and mechanical properties.
Hot rolling- a process carried out at a temperature exceeding the recrystallization temperature of the alloy.
Induction Melting-The process by which an induced current, also known as Eddy Current, heats and dissolves metals and alloys.
Laser beam welding and cladding (covering) ( LBW) -According to the AWS definition, this is a welding process in which the heat obtained by applying concentrated coherent light beams striking each onto a joint or base material creates a coalescence of the material.
Linear Discontinuity - A weld defect with a length to width ratio of 3:1 or greater.
Multi-pass cladding and welding- A weld formed by two or more passes.
Nickel-based superalloy-A material in which the content of nickel exceeds the content of other alloying elements.
Plasma Arc Welding ( PAW ) -By AWS definition, this is a compressed arc furnace metal (also known as a non-transfer arc furnace) between an electrode and a product (base metal) (also known as a transfer arc), or between an electrode and a compression nozzle (also known as a non-transfer arc furnace). It is an arc welding process in which metal coalescence is produced by heating.
Precipitation heat treatment or hardening (quenching) -The process of heating an alloy to a temperature at which certain elements precipitate, forming a harder structure, and then cooling it at a rate that prevents it from returning to its original structure.
Recrystallization -the formation of a new, strain-free grain structure from an existing one, usually accompanied by grain growth during heating.
Recrystallization Temperature- This is the approximate temperature at which complete recrystallization of the existing grain structure occurs within a specified time.
Rolling (rolling)-The process of passing a metal stock through a set of mechanically driven rolls.
Breaking Strength-The nominal stress developed in the material at break, which is not necessarily equal to the ultimate strength.
Solidification shrinkage -The volume contraction of a metal during solidification.
Solution heat treatment -a heat treatment method used to heat an alloy to a specific temperature for a certain period of time, allowing one or more alloying elements to be dissolved in a solid solution and then rapidly cooled
Ultimate Tensile Strength ( UTS ) -The resistance of a material to longitudinal stress, measured by the minimum amount of longitudinal stress required to break the material.
Welding- Local coalescence of metal or non-metal, produced by heating the material to a welding temperature, with or without the application of pressure or without the application of pressure, with or without welding material, and by applying pressure alone.
Weld Bead - Weld by pass.
Weld Defects- Discontinuities that, either by nature or by cumulative effects, render a part or product unable to meet the minimum acceptable acceptable standards or specifications.
Welding Pass- A single progression of welding or cladding operations along a joint, weld deposit, or substrate. The result of the pass is a weld bead, layer or spray deposit.
Weld pool -the local (concentrated) volume of molten metal in the weld as the weld metal before it solidifies.
Weldability -the ability of a material to be welded into a specific, suitable structure under imposed conditions and perform satisfactorily for its intended use.
Welding -The process of joining the materials used to make a weld.
Welding Powder -A welding material in the form of a powder added in the manufacture of welded joints or clad welds.
Welding Rod - Welding wire cut to standardized lengths.
Welding wire -a welding material in the form of a wire that is added to the manufacture of a welded joint or sheathed weld.
Low bit (Wrought) nickel alloy bent to the desired shape, making tapping, forging or physically formed in the nickel-base alloy. Raw nickel alloys are often welded under the same conditions as certain types of steel.
Yield Strength -The ability of a metal to withstand gradual progression without permanent deformation.
Planishing -This is a metal processing technology that involves finishing the surface by finely forming and smoothing sheet metal.

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

발명된 합금은 주조, 로우트(wrought) 재료, 플레이트, 스트립, 시트의 형태 그리고 용접 와이어 및 분말 형태인 용접 재료에 사용될 수 있다. 발명된 합금의 주요한 적용으로서 용접 와이어, 봉 및 분말의 형태인 용접 재료는 아래에서 보다 상세하게 설명된다. The invented alloy can be used for welding materials in the form of castings, wrought materials, plates, strips, sheets, and welding wires and powders. Welding materials in the form of welding wires, rods and powders as the main application of the invented alloy are described in more detail below.

용접 와이어와 분말의 제작을 위해 빌릿(billet)으로도 또한 알려진 잉곳(Ingot)은 표준 유도 용해 기술과 장비 또는 다른 용융 공정을 사용하여 진공 또는 아르곤에서 제조된다. Ingots, also known as billets for the manufacture of welding wire and powder, are manufactured in vacuum or argon using standard induction melting techniques and equipment or other melting processes.

용접 와이어 빌릿의 제조를 위해, 보통 0.75 인치를 초과하는 직경을 가지는 봉의 형태로 제조되는데, 고온에서 압연(롤링) 또는 압출에 의해 0.5 인치의 직경으로 감소되고 이어서 표준 표면 마무리를 한다. For the manufacture of welding wire billets, they are usually manufactured in the form of rods having a diameter in excess of 0.75 inches, which is reduced to a diameter of 0.5 inches by rolling (rolling) or extrusion at high temperature and then a standard surface finish.

0.4 - 0.5 wt.% 의 붕소 함유량과 0.2 - 0.4 wt.% 의 탄소 함유량을 갖는 균열 보수용 용접 와이어의 제조를 위해 본 발명의 개념에 따르는 니켈 기재 합금 그리고 0.3 - 0.4 wt.% 의 붕소 함유량과 0.2 - 0.3 wt.% 의 탄소 함유량을 갖는 철 기재 합금은 재결정 온도 아래의 온도에서는 연성이다. 그러므로, 낮은 함유량의 붕소와 탄소를 갖는 합금을 사용한, 용접 와이어의 제조는 냉간 압연에 의해 수행될 수 있다. 냉간 압연을 하는 동안, 0.5 - 0.75 인치의 초기 직경을 갖는 봉(rod) 스톡은 0.020 - 0.062 인치까지 감소된다. 냉간 압연은 항복 강도와 경도를 증가시킨다. 따라서, 연성을 증가시키기 위해서는 금속 스톡에 종종 작업성의 복원을 허용하는 어닐링 열처리를 한다.Nickel-based alloy according to the concept of the present invention and a boron content of 0.3-0.4 wt.% for the manufacture of a welding wire for crack repair having a boron content of 0.4-0.5 wt.% and a carbon content of 0.2-0.4 wt.% and a boron content of 0.3-0.4 wt.% Iron-based alloys with a carbon content of 0.2-0.3 wt.% are ductile at temperatures below the recrystallization temperature. Therefore, the production of a welding wire, using an alloy having a low content of boron and carbon, can be carried out by cold rolling. During cold rolling, the rod stock with an initial diameter of 0.5-0.75 inches is reduced to 0.020-0.062 inches. Cold rolling increases yield strength and hardness. Therefore, in order to increase ductility, the metal stock is often subjected to annealing heat treatment which allows restoration of workability.

각각 0.5 - 0.8 wt.%의 붕소와 탄소의 함유량을 갖는, 높은 경도를 갖는 용접 와이어는 (표면경화 용접 와이어로도 또한 알려짐) 저온에서 낮은 연성을 갖는다. 따라서, 표면경화 용접 와이어의 제조를 위하여, 표준 열간 압연 또는 압출 공정이 사용된다. 고온 압출 공정은 원하는 화학 조성의 봉을 포함하는 빌릿(billet) 하우징의 집합(조립)으로 이루어진다. 빌릿은 그후 압출을 위해 준비된다. 빌릿은 재결정　온도를 초과하는 온도까지 가열되어, 경화를 회피하고 압출을 용이하게 한다.Welding wires with high hardness (also known as surface hardened welding wires), each having a content of 0.5-0.8 wt.% boron and carbon, have low ductility at low temperatures. Thus, for the production of hardened welding wires, standard hot rolling or extrusion processes are used. The hot extrusion process consists of an assembly (assembly) of billet housings containing rods of the desired chemical composition. The billet is then ready for extrusion. The billet is heated to a temperature exceeding the recrystallization temperature, avoiding curing and facilitating extrusion.

마지막 프로세싱 중에는 와이어를 표준의 엄격한 클리닝 과정을 통과시켜서, 용접에 오염이 없도록 확실하게 한다. During final processing, the wires are passed through standard rigorous cleaning procedures to ensure that the welds are free of contamination.

클리닝이 끝난 후에는, 수동 GTAW-MA에 대해서는 용접 봉의 제조를 위해 와이어를 원하는 길이로 절단하고 또는 자동 GTAW-ME, 플라즈마 용접의 레이저에 대해서는 함께 맞대기(butt) 용접하고 스풀링한다.After cleaning, for manual GTAW-MA, the wires are cut to the desired length for the manufacture of welding rods, or butt welded and spooled together for automatic GTAW-ME and plasma welding lasers.

직경이 45 -75 ㎛ 인 용접 분말을 표준 가스 무화 공정에 의해 제조한다. 이 공정 중에, 용해된 합금은 불활성 가스 제트에 의해 미세한 금속 소적들로 무화되고, 이것은 분무탑에 떨어지는 동안에 냉각된다. 가스 무화에 의해 얻어진 금속 분말은 완벽하게 구형의 형태와, 높은 청정도 수준을 갖는다. 용접 분말은 플라즈마, 마이크로플라즈마 및 레이저 용접 및 클래딩에 사용된다. 용접 분말은 표준 분말 피더를 사용하여 아르곤의 제트와 함께 용접 풀에 공급된다.Welding powders with a diameter of 45 -75 μm are prepared by a standard gas atomization process. During this process, the molten alloy is atomized by inert gas jets into fine metal droplets, which are cooled while falling into the spray tower. The metal powder obtained by gas atomization has a perfectly spherical shape and a high level of cleanliness. Welding powders are used in plasma, microplasma and laser welding and cladding. The welding powder is fed into the welding pool with a jet of argon using a standard powder feeder.

응고 후에, 용접 분말은 베이스 재료와 융합되어, 용접 금속을 생산한다. 과열을 줄이고, HAZ 균열을 방지하기 위해서는, 용접과 클래딩을 최소의 희석을 이용하여 수행한다. 클래딩에서의 최상의 결과는 5 -15 %의 희석일때 달성되었다.After solidification, the welding powder is fused with the base material to produce a weld metal. To reduce overheating and prevent HAZ cracking, welding and cladding are performed with minimal dilution. The best results in the cladding were achieved with a dilution of 5 -15%.

지정된 범위 내에서의 붕소와 탄소는 현 발명의 목적을 달성하기 위한 두가지 유익한 효과를 생산했다. Boron and carbon within the specified ranges produced two beneficial effects to achieve the objectives of the present invention.

먼저, 니켈과 결합하는 붕소는 용접 풀의 용융 온도와 HAZ의 과열을 감소시켜, 도면 1, 2 및 6에서 보이는 바와 같이, Inconel 738 및 GTD 111 상에 균열 없는 용접의 형성을 가능하게 하였다.First, boron bonding with nickel reduced the melting temperature of the weld pool and overheating of the HAZ, thereby enabling the formation of crack-free welds on Inconel 738 and GTD 111, as shown in Figs. 1, 2 and 6.

두번째는, 도면 3b, 4b 및 5에서 보이는 바와 같이, 탄소와 붕소가 상대적으로 연성인 Ni 및 Fe 매트릭스 에서 각각 Nb, Mo 및 Cr와 함께 입방형 고강도 탄화물과 붕소화물을 형성하였고, 표 2 - 6에서 보여준 바와 같이 용접의 파단 특성은 물론이고, 극한 (UTS) 및 항복 강도, 미소경도를 크게 증가시킨다. Second, as shown in Figs. 3b, 4b and 5, cubic high strength carbides and borides were formed together with Nb, Mo, and Cr, respectively, in Ni and Fe matrices in which carbon and boron are relatively ductile, and Tables 2-6 As shown in Fig. 2, it significantly increases the ultimate (UTS), yield strength, and microhardness, as well as the fracture characteristics of the weld.

표준 Inconel 625를 사용하여 제조된 용접의 미세구조는 도면 3a.에서 볼 수 있듯이, 거의 균질(동종) 낮은 강도 감마 입자들로 구성되었다. 이러한 구조를 갖는 용접 금속은 표 3 과 2에서 각각 보여준 바와 같이, 매우 낮은 파단과 불충분한 인장 특성을 나타냈다. The microstructure of the weld made using the standard Inconel 625 consisted of nearly homogeneous (homogeneous) low strength gamma particles, as can be seen in Figure 3a. The weld metal having this structure showed very low fracture and insufficient tensile properties, as shown in Tables 3 and 2, respectively.

발명된 니켈 기재 합금을 사용하여 제조된 용접은 982℃ (1800℉)의 온도에서 요구된 연성, 고강도 및 양호한 파단 특성의 독특한 조합을 가졌으며, 입방형 붕소화물과 탄화물의 형성으로 인하여, 기준선 Inconel 625과 보다 우수한 Haynes 230 합금을 사용하여 제조된 용접의 특성을 크게 초월한다. 유사한 강화 효과는 붕소와 탄소를 포함한 철 기재 용접을 사용하여 제조된 용접에서도 발견되었다. 표준 347SS 및 349SS 용접은 표 5 와 6에서 각각 보여준 바와 같이, 872℃ (1600℉)에서 낮은 기계적 성질을 가졌고, 상온에서 미소경도를 보유했다. 연성 오스테나이트계 Fe-Ni 기재 매트릭스에서의 석출 입방형 붕소화물과 탄화물은 도면 4b 에서 보여준 바와 같이, 용접의 기계적 성질을 크게 증가시켰다. 강화에도 불구하고, 이들 용접은 높은 연성을 유지하였고, 철 기재 A286 합금에 균열 없는 용접을 만들었다. The welds made using the invented nickel-based alloy had the unique combination of the required ductility, high strength and good fracture properties at a temperature of 982°C (1800°F), and due to the formation of cubic borides and carbides, the baseline Inconel It greatly exceeds the properties of welds made using 625 and the superior Haynes 230 alloy. A similar reinforcing effect was also found in welds made using iron-based welds containing boron and carbon. Standard 347SS and 349SS welds had low mechanical properties at 872°C (1600°F) and microhardness at room temperature, as shown in Tables 5 and 6, respectively. The precipitated cubic borides and carbides in the ductile austenitic Fe-Ni substrate matrix greatly increased the mechanical properties of welding, as shown in Fig. 4b. Despite the reinforcement, these welds retained high ductility and made crack-free welds to the iron-based A286 alloy.

0.4-0.5 wt.% B 및 0.2 -0.4 wt.% C 를 포함한 니켈 기재 용접 금속은 표 4 에서 보여준 바와 같이, 양호한 연성을 나타내었고, 이는 상온에서의 플래니싱이나 예열에 의해 엔진 부품의 재성형을 가능하게 한다.Nickel-based weld metals containing 0.4-0.5 wt.% B and 0.2 -0.4 wt.% C showed good ductility, as shown in Table 4, which was reshaped by planing or preheating at room temperature. Makes it possible.

발명된 합금은 또한 주조와 단조 그리고 이어지는 어닐링에 의해 엔진 부품의 제조에 사용될 수 있으며, 도면 5에서 보여준 연성 Ni 기재 매트릭스에서 입방형 탄화물 및 붕소화물의 석출과 함께, 고강도 등축(등방상) 구조를 형성한다.The invented alloy can also be used in the manufacture of engine parts by casting, forging, and subsequent annealing, and with the precipitation of cubic carbides and borides in the ductile Ni-based matrix shown in Figure 5, a high-strength equiaxed (isotropic) structure is obtained. To form.

용접 와이어, 봉 또는 분말의 형태로 발명된 합금을 사용한 엔진 부품의 용접 보수는 AMS 2694, AMS 2685 또는 관련 OEM 시방서에 따라 만들어지고, 결함 영역 또는 균열의 제거, 엔진 부품의 클리닝, 용접, 용접후 열처리 (PWHT)를 포함하며, 석출 경화형 초합금으로 제작된 엔진 부품의 보수를 위해서는, 엔진 부품의 원래의 형상을 복원하기 위해 어닐링과 에이징 또는 단지 응력 제거, 기계가공 및 연마(폴리싱) 그리고 이어서 용접의 비파괴 검사(NDT) 및 치수 검사로 이루어질 수 있다. 표준 보수 프로세스는 당업계에 잘 공지되어 있다. 하지만, GTD 111 초합금으로 제조되고 상온에서 용접된 터빈 블레이드 보수의 예는 도면 9에 나와있다. Welding repair of engine parts using invented alloys in the form of welding wires, rods or powders is made according to AMS 2694, AMS 2685 or related OEM specifications, and after removal of defect areas or cracks, cleaning of engine parts, welding, and welding. For the repair of engine parts made of precipitation hardening superalloys, including heat treatment (PWHT), annealing and aging or just stress relief, machining and polishing (polishing) and then welding to restore the original shape of the engine part. It may consist of non-destructive testing (NDT) and dimensional testing. Standard maintenance processes are well known in the art. However, an example of repair of a turbine blade made of GTD 111 superalloy and welded at room temperature is shown in Figure 9.

도면 9에서 보여준 0.4 wt.% B 및 0.25 wt.% C를 포함하는, 용접 금속 (3)에 해당하는 화학 조성을 갖는 팁 용접 (1)은 높은 열 피로 특성을 보장하는 한편, 각각 0.6 wt.% 및 0.8 wt.% 의 붕소와 탄소 함유량을 갖는 엔젤 윙 용접 (2)은 더 나은 내마모성을 가졌다.Tip welding (1) having a chemical composition corresponding to the weld metal (3), comprising 0.4 wt.% B and 0.25 wt.% C shown in Fig. 9, while ensuring high thermal fatigue properties, while ensuring high thermal fatigue properties, respectively, 0.6 wt.% And the angel wing welding (2) with a boron and carbon content of 0.8 wt.% had better wear resistance.

용접은 용접된 상태에서 그리고 1200 ℃(2192℉)의 온도에서의 어닐링과, 2시간동안 1120 ℃(2048 ℉)의 온도에서 표준 2 단계 에이징 그리고 이어서 24 시간동안 845℃ (1553℉)의 온도에서 소킹을 포함하는 PWHT 후에도, 크기가 0.002 인치를 초과하는 용접 결함이 없었다.
Welds were annealed in the welded state and at a temperature of 1200°C (2192°F), followed by a standard two-step aging at a temperature of 1120°C (2048°F) for 2 hours and then at a temperature of 845°C (1553°F) for 24 hours Even after PWHT with soaking, there were no weld defects exceeding 0.002 inches in size.

발명된 합금을 사용한 Using the invented alloy INCONELINCONEL 738, 738, GTDGTD 111 및 111 and INCONELINCONEL 625의 용접의 실시예 Example of welding of 625

표 1에 나와있는 화학 조성을 갖는 전체 니켈 및 철 기재 용접 와이어 들 중에 11개는 표준 금속법을 사용하여, 다른 양의 붕소와 탄소를 표준 니켈 기재 Inconel 625 및 철 기재 SS347 및 SS349 합금에 첨가함으로써 제조되었다. Of all nickel and iron based welding wires having the chemical composition shown in Table 1, 11 were prepared by adding different amounts of boron and carbon to standard nickel based Inconel 625 and iron based SS347 and SS349 alloys using standard metal methods. Became.

균열에 대한 높은 감수성과 광범위한 산업 용도 때문에, IN738 및 GTD111 니켈 기재 석출 경화형 초합금, IN625 용액 경화 초합금 및 A286 철 기재 합금이 용접 실시예에 선정되었다. Ni 기재 용접 와이어를 사용하여 니켈 기재 Inconel 738 및 GTD 111 초합금으로 제작된 샘플과, 철 기재 용접 와이어를 사용하여 고온 철 기재 합금 A289으로 제작된 샘플에 대해, GTAW-MA 용접 및 아르곤 차폐 가스를 사용하여, 길이 2 - 4 인치, 폭 0.35 - 0.40 인치 그리고 높이 0.4-0.5 인치의 멀티 패스 클래드 용접을 제조하였다. IN738 및 GTD111 초합금은 수십년간 산업용 가스 터빈 (IGT) 엔진의 버킷(블레이드)의 제조에 사용되어 왔으며, 도면 9에 나타낸 엔젤 윙의 팁(tip) 열 피로 균열, 산화 및 마모를 훈련한다. Because of their high susceptibility to cracking and a wide range of industrial applications, IN738 and GTD111 nickel based precipitation hardening superalloys, IN625 solution hardening superalloys and A286 iron based alloys were selected for the welding examples. For samples made of nickel-based Inconel 738 and GTD 111 superalloy using Ni-based welding wire, and samples made of high-temperature iron-based alloy A289 using iron-based welding wire, GTAW-MA welding and argon shielding gas were used. Thus, a multi-pass clad weld of 2-4 inches long, 0.35-0.40 inches wide and 0.4-0.5 inches high was prepared. IN738 and GTD111 superalloys have been used in the manufacture of buckets (blades) of industrial gas turbine (IGT) engines for decades, training the tip thermal fatigue cracking, oxidation and wear of the angel wings shown in Figure 9.

용접 매개변수는 10 - 15%의 희석을 갖는 클래드 용접을 생산하기 위하여, 실험에 의해 선정되었다. 용접 전류는 60 - 75A로 변하였고, 아크 전압은 12 -14, V의 범위 내에 있었고, 용접 속도는 분당 1.8 내지 2.2 인치로 변화하였다. The welding parameters were selected by experiment, to produce a clad weld with a dilution of 10-15%. The welding current varied from 60-75A, the arc voltage was in the range of 12-14, V, and the welding speed varied from 1.8 to 2.2 inches per minute.

용접에 앞서, IN738 및 GDT111의 샘플 제조는 2시간동안 1200℃ (2192℉)의 온도에서 사전-용접 어닐링 열처리를 받았고, 이어서 아르곤 켄치하였다. A286 철 기재 합금으로 제조된 샘플에 대한 용접은 사전-용접 열처리 없이 이루어졌다. Prior to welding, sample preparation of IN738 and GDT111 was subjected to pre-weld annealing heat treatment at a temperature of 1200° C. (2192° F.) for 2 hours, followed by argon quenching. Welding to the sample made of the A286 iron based alloy was done without pre-welding heat treatment.

Inconel 738 및 GTD 111 니켈 기재 초합금에 클래드 용접은 표준 Inconel 625 및 Haynes 230 용접 와이어를 사용하여 제조되었고, 표준 및 발명된 용접 재료의 HAZ 균열을 평가하였다. 용접의 기계적 성질과 균열에 대한 감수성의 평가를 위해, 표준 347SS 및 349SS 및 발명된 철 기재 용접 와이어를 사용하여 A286 합금 상에 클래드 용접을 제조하였다.Clad welds to Inconel 738 and GTD 111 nickel based superalloys were made using standard Inconel 625 and Haynes 230 welding wires, and the HAZ cracks of the standard and invented welding materials were evaluated. For evaluation of the mechanical properties of the weld and its susceptibility to cracking, clad welds were made on the A286 alloy using standard 347SS and 349SS and invented iron based welding wires.

Inconel 738 및 GTD111 초합금에 제작된 샘플은 1200℃ (2192℉)의 온도에서 2시간동안 어닐링하고 이어서, 1120℃ (2048℉)의 온도에서 2시간동안 그리고 845℃ (1553℉)에서 24시간동안 에이징하는 것을 포함하는 PWHT 을 받았다. A286 철 기재 합금에 대해 용접의 2 단계 에이징은 16 시간동안 720℃ (1328℉)의 온도에서 이루어졌고 이어서 16시간동안 620℃ (1148℉)에서 가열하였다. Samples made of Inconel 738 and GTD111 superalloys were annealed at 1200°C (2192°F) for 2 hours, followed by aging at 1120°C (2048°F) for 2 hours and 845°C (1553°F) for 24 hours. I received a PWHT that includes doing things. For the A286 iron based alloy, a two-step aging of the welding was done at a temperature of 720°C (1328°F) for 16 hours followed by heating at 620°C (1148°F) for 16 hours.

상기 이외에, 치수가 6 x 3 x 0.060 인치의 Inconel 625 샘플은 표준 Inconel 625 (IN625) 용액 경화 용접 와이어와 직경이 0.035 인치의 용접 봉의 형태로 발명된 용접 합금을 가지고 GTAW-MA을 사용하여, 맞대기 용접하였다. In addition to the above, an Inconel 625 sample measuring 6 x 3 x 0.060 inches was butt-tipped using GTAW-MA with a standard Inconel 625 (IN625) solution hardened welding wire and a welding alloy invented in the form of a welding rod 0.035 inches in diameter. Welded.

Inconel 738 및 GTD 111에 대한 용접은 HAZ 균열을 평가하였다. 길이가 0.002 인치를 초과하는 어떠한 균열과 그밖의 다른 선형 불연속부도 관찰되지 않았다. Welding to Inconel 738 and GTD 111 evaluated HAZ cracking. No cracks and other linear discontinuities exceeding 0.002 inches in length were observed.

니켈 기재 용접 재료를 사용하여 제조된 클래드 용접은 982℃ (1800℉)의 온도에서 각각 ASTM E21와 E139에 따라 인장 및 파단 시험을 실시하였다. 철 기재 용접 재료를 사용하여 제조된 클래드 용접은 872℃ (1600℉)의 온도에서 ASTM E21 에 따라 인장 시험을 실시하고, 300 g의 하중으로 ASTM E384 에 따라 실온에서 미소경도 시험을 실시하였다. Clad welds made using nickel-based welding materials were subjected to tensile and fracture tests according to ASTM E21 and E139, respectively, at a temperature of 982°C (1800°F). Clad welding prepared using an iron-based welding material was subjected to a tensile test according to ASTM E21 at a temperature of 872°C (1600°F), and a microhardness test at room temperature according to ASTM E384 with a load of 300 g.

Inconel 625 맞대기 이음(조인트)은 ASTM E8 에 따라 실온에서 인장 시험을 실시하고, ASTM E190-92에 따라 굽힘 시험을 실시하였다.The Inconel 625 butt joint (joint) was subjected to a tensile test at room temperature according to ASTM E8, and a bending test according to ASTM E190-92.

니켈 기재 용접 재료에 대해 허용되는 조성은 석출 경화형 니켈 기재 초합금으로 제작된 다양한 기판 상에서 균열 없는 용접, 0.004 (0.1 mm) 인치 미만의 길이로 수지상간(interdendritic) 수축 그리고 982℃ (1800℉)의 온도에서 각각 Inconel 625 및 Haynes 230을 초과하는 인장 및 파단 특성을 생성한 것들을 포함하였다. 철 기재 용접 재료에 대해 허용되는 조성은 표준 347 및 349 용접 재료를 사용하여 제조된 기준선 용접의 특성을 872℃ (1600℉)의 온도에서 적어도 15% 만큼 초과하는 기계적 성질과 함께, A286 합금 상에 균열 없는 용접을 생성하는 것들을 포함한다. Acceptable compositions for nickel-based welding materials are crack-free welding on a variety of substrates made of precipitation-hardening nickel-based superalloys, interdendritic shrinkage to less than 0.004 (0.1 mm) inches, and temperatures of 982°C (1800°F). Included those that produced tensile and fracture properties in excess of Inconel 625 and Haynes 230, respectively. The acceptable composition for iron-based welding materials is on the A286 alloy, with mechanical properties that exceed the properties of baseline welds made using standard 347 and 349 welding materials by at least 15% at a temperature of 872°C (1600°F). Includes those that produce crack-free welds.

니켈 및 철 기재 용접 재료에 대해 허용되는 조성은 0.004 인치를 초과하는 크기를 갖는 균열, 수지상조직간 수축 및 기타 다른 선형 지시모양을 생성한 것들을 포함하였다. Acceptable compositions for nickel and iron based welding materials included those that produced cracks with sizes in excess of 0.004 inches, interdendritic shrinkage, and other linear indications.

Inconel 738 및 GTD111 합금의 HAZ 균열과 함께, 니켈 기재 용접 재료를 사용하여 제조된 클래드 용접의 982℃ (1800℉)의 온도에서의 인장 특성이 표 2에 요약되어 있다. 표준 Inconel 625 및 Haynes 230의 인장 특성과 비교한 파단 특성은 표 3에 나와있다.The tensile properties at a temperature of 982° C. (1800° F.) of clad welds made using nickel based welding materials, along with HAZ cracking of Inconel 738 and GTD111 alloys, are summarized in Table 2. The fracture properties compared to the tensile properties of the standard Inconel 625 and Haynes 230 are shown in Table 3.

표준 Inconel 625와 발명된 용접 봉을 사용하여 제조된 용접된 상태로서 Inconel 625 합금의 맞대기 이음의 실온에서의 인장 특성은 표 4에 나와있다. Table 4 shows the tensile properties at room temperature of the butt joints of Inconel 625 alloy as welded, manufactured using the standard Inconel 625 and the invented welding rod.

발명된 철 기재 용접 재료는 물론이고, 표준 스테인레스 스틸 347 및 349 철 기재 용접 재료를 사용하여 A286 합금 상에 제조된 클래드 용접의 872℃ (1600℉)의 온도에서의 인장 특성은 표 5에 요약되어 있다. The tensile properties at a temperature of 872° C. (1600° F.) of clad welds made on the A286 alloy using standard stainless steel 347 and 349 iron-based welding materials as well as the invented iron-based welding materials are summarized in Table 5. have.

발명된 철 기재 용접 재료와 함께, 표준 스테인레스 스틸 347 및 349 철 기재 용접 재료를 사용하여 제조된 클래드 용접의 실온에서의 미소경도는 표 6에 요약되어 있다.The microhardness at room temperature of clad welds made using standard stainless steel 347 and 349 iron based welding materials, along with the invented iron based welding materials, are summarized in Table 6.

표준 용접 와이어 Inconel 625, Haynes 230 및 용접 금속 1에 해당하는 화학 조성을 갖는 용접 와이어를 사용하여 Inconel 738 및 GTD 111 합금 위에 생성된 용접은 표 2에서 보여준 바와 같이, 부적격한 HAZ 미소균열을 나타냈다. 0.25 wt.% B 및 0.45 wt.% C를 포함한 용접 금속 2A의 HAZ는 용접되고 열처리된 상태로서, HAZ 균열을 나타내었다. 더욱이, 도면 7에서 보여준 바와 같이, 용접 금속 2A 중의 높은 함유량의 탄소는 이들 용접의 연성의 감소로 인하여, HAZ로부터 용접 안으로의 균열의 전파를 야기하였다. Welds created on Inconel 738 and GTD 111 alloys using standard welding wires Inconel 625, Haynes 230 and welding wires with a chemical composition corresponding to Weld Metal 1 exhibited inadequate HAZ microcracks, as shown in Table 2. The HAZ of weld metal 2A containing 0.25 wt.% B and 0.45 wt.% C was welded and heat-treated, and exhibited HAZ cracking. Moreover, as shown in Fig. 7, the high content of carbon in the weld metal 2A caused the propagation of cracks from the HAZ into the weld due to the decrease in the ductility of these welds.

따라서, 0.25 - 0.3 wt.% wt.% 보다 아래의 붕소 함유량을 갖는 용접 금속 1 과 2A에 해당하는 화학 조성을 갖는 용접 와이어는 GTD 111 및 IN738와 같이 높은 함유량의 감마 프라임 상을 갖는 니켈 기재 초합금의 중대한 엔진 부품의 보수에 사용되어서는 안된다. Therefore, welding wires with chemical compositions corresponding to weld metals 1 and 2A having boron content below 0.25-0.3 wt.% wt.% are made of nickel-based superalloys having high content of gamma prime phases such as GTD 111 and IN738. It should not be used for repair of critical engine parts.

NiNi 및 And FeFe 기재 합금의 화학 조성 ( The chemical composition of the base alloy ( wtwt .%).%) 용접 금속Welding metal NiNi CrCr MoMo NbNb BB CC WW TiTi SiSi MnMn FeFe Inconel 625
기준선Inconel 625
base line 나머지 Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 - - 0.10.1 -
-
-
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 1One 나머지 Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.20.2 0.10.1 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 2A2A 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.250.25 0.450.45 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 22 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.300.30 0.10.1 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 33 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.400.40 0.250.25 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 44 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.400.40 0.500.50 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 55 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.600.60 0.650.65 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 5.05.0 66 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.800.80 0.800.80 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 77 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 1.001.00 1.251.25 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 88 나머지Remainder 20
2320
23 8
108
10 3.15 4.143.15 4.14 0.850.85 1.21.2 -- -
0.4-
0.4 -
0.5-
0.5 -
0.5-
0.5 -
5.0-
5.0 347 SS
기준선347 SS
base line 9
139
13 17
2017
20 -
0.75-
0.75 0.1
0.40.1
0.4 -- -
0.07-
0.07 -- -- 0.3
1.00.3
1.0 1.0
2.01.0
2.0 나머지Remainder 99 9
139
13 17
2017
20 -
0.75-
0.75 0.1
0.40.1
0.4 0.3
0.350.3
0.35 0.2
0.250.2
0.25 -- -- 0.3
1.00.3
1.0 1.0
2.01.0
2.0 나머지Remainder 349 SS
기준선349 SS
base line 8.0
9.58.0
9.5 19
2219
22 0.35
0.650.35
0.65 1.0
1.41.0
1.4 - - 0.07
0.130.07
0.13 1.25
1.751.25
1.75 0.1
0.30.1
0.3 0.3
0.650.3
0.65 1.0
2.01.0
2.0 나머지Remainder 1010 8.0
9.58.0
9.5 19
2219
22 0.35
0.650.35
0.65 1.0
1.41.0
1.4 0.4
0.450.4
0.45 0.3
0.350.3
0.35 1.25
1.751.25
1.75 0.1
0.30.1
0.3 0.3
0.650.3
0.65 1.0
2.01.0
2.0 나머지Remainder

982℃(1800℉)에서의 니켈 기재 Nickel substrate at 982°C (1800°F) 클래드Clad 용접의 인장 특성과 The tensile properties of the welding and HAZHAZ 의 균열에 대한 감수성Susceptibility to cracks in the 용접 금속Welding metal 0.2% 오프셋 항복 강도, 0.2% offset yield strength, KSIKSI 극한 인장 강도, Ultimate tensile strength, KSIKSI 신율Elongation ,,
%% IN738IN738 합금의 용접 및 Welding of alloys and HAZHAZ 균열 crack GTD111GTD111 합금의 용접 및 HAZ 균열 Welding and HAZ cracking of alloys Inconel 625 표준 기준선¹

Inconel 625 standard baseline ¹

12. 1 12. 1 24.124.1 43.8
43.8
HAZ 균열
HAZ crack
HAZ 균열HAZ crack Haynes 230
표준 기준선²
Haynes 230
Standard baseline ²
24.8 24.8 29.429.4 25.5
25.5
HAZ 균열
HAZ crack
HAZ 균열HAZ crack 1One -- -- -- HAZ 균열 HAZ crack HAZ 균열 HAZ crack 2A2A -- -- -- 용접 및 HAZ 균열 Welding and HAZ cracking 용접 및 HAZ 균열Welding and HAZ cracking 22 -- -- -- 균열 없음 No crack HAZ 균열HAZ crack 33 24.524.5 30.030.0 22.522.5 균열 없음No crack 균열 없음No crack 66 29.329.3 34.534.5 7.57.5 균열 없음No crack 균열 없음No crack 77 -- -- -- 길이가 0.004인치를 초과하는
용접 응고 수축Exceeding 0.004 inches in length
Welding solidification shrinkage 길이가 0.004 인치를 초과하는
용접 응고 수축 Exceeding 0.004 inches in length
Welding solidification shrinkage 88 -- -- -- 길이가 0.004인치를 초과하는
용접 응고 수축 Exceeding 0.004 inches in length
Welding solidification shrinkage 길이가 0.004인치를 초과하는
용접 응고 수축 Exceeding 0.004 inches in length
Welding solidification shrinkage

주석: ¹,² 표준 Inconel 625 및 Haynes 230 용접 와이어를 사용하여 제조된 용접 금속은 비교를 위한 기준선 데이터를 얻기 위해 테스트하였다. HAZ을 생성하거나 균열 및 응고 수축과 같은 다른 부적격한 용접 불연속부를 나타낸 다른 용접 합금들은 불합격이었고 따라서 기계적 시험을 받지 않았다. Note: ¹ , ² Weld metals made using standard Inconel 625 and Haynes 230 welding wires were tested to obtain baseline data for comparison. Other welding alloys that produce HAZ or exhibit other inadequate weld discontinuities such as cracks and solidification shrinkages It failed and therefore was not subjected to a mechanical test.

982℃ (1800℉)의 온도에서 At a temperature of 982°C (1800°F) InconelInconel 625, 625, HaynesHaynes 230 및 합금 3 230 and alloy 3 클래드Clad 용접의 파단 특성 Fracture characteristics of welding 재료 material 응력,Stress,
KSIKSI 파단 시간, 시간Breaking time, time Inconel 625 표준
기준선Inconel 625 standard
base line 88 1.81.8 Haynes 230
표준 기준선Haynes 230
Standard baseline 8.08.0 1010 용접 금속 3Welding metal 3 8.08.0 242.8242.8 용접 금속 6Welding metal 6 8.08.0 112.3112.3

실온에서 At room temperature InconelInconel 625 맞대기 이음의 기계적 성질 625 Mechanical properties of butt joints 용접 금속Welding metal 극한 인장 강도, Ultimate tensile strength, KSIKSI 신율Elongation ,,
%% 굽힘 각도,Bending angle,
도.Degree. 파단 면적Fracture area 표준 Inconel 625Standard Inconel 625 127127 4646 180180 HAZ HAZ 33 129129 38.538.5 180180 HAZ HAZ

872℃ (1600℉)에서의 철 기재 Iron substrate at 872°C (1600°F) 클래드Clad 용접의 인장 특성 Tensile properties of welding 용접welding
금속 metal 0.2% 오프셋 항복 강도, 0.2% offset yield strength, KSIKSI 극한 인장 강도, Ultimate tensile strength,
KSIKSI 신율Elongation ..
%% A286 합금의 용접 및 HAZ 균열Welding and HAZ cracking of A286 alloy 347 SS
기준선 용접 금속347 SS
Baseline weld metal 16.916.9 18.418.4 51.851.8 균열 없음No crack 용접 금속 9Welding metal 9 22.222.2 29.229.2 18.918.9 균열 없음 No crack 349 SS
기준선 용접 금속349 SS
Baseline weld metal 10.510.5 16.316.3 8080 균열 없음No crack 용접 금속 10Welding metal 10 19.619.6 27.427.4 44.944.9 균열 없음No crack

실온에서 철 기재 Iron base at room temperature 클래드Clad 용접의 Welding 미소경도Micro hardness 용접 금속Welding metal VHN (300 g)VHN (300 g) 347 SS 기준선 용접 금속347 SS baseline weld metal 165165 9 9 237 237 349 SS 기준선 용접 금속 349 SS baseline weld metal 184 184 10 10 256 256

각각 1.0 wt.% 및 0.85 wt.% 의 붕소 함유량과 각각 탄소 1.25 wt.% 및 1 wt.% 함량을 갖는 용접 금속 7 및 8 의 HAZ는 균열은 없었지만, 용접은 도면 8에서 보여준 바와 같이 수지상간 수축을 나타내어, 부적격으로 간주되었다. The HAZ of weld metals 7 and 8 having a boron content of 1.0 wt.% and 0.85 wt.%, respectively, and a carbon content of 1.25 wt.% and 1 wt.%, respectively, did not have cracks, but the welding was performed between dendritic phases as shown in Figure 8. It exhibited contraction and was considered ineligible.

표준 347 및 349 용접 재료를 사용하여 철 기재 A286 합금 상에 제조된 용접은 872℃ (1600℉)에서 낮은 인장 특성과 경도를 가졌고, 이때문에 이들 재료는 각각 에어포일이나 공기 차단 핀(air seal fins)의 보수에도 사용이 불가하였다. B 와 C의 첨가는 표 5와 6에서 각각 보여준 바와 같이, 클래드 용접의 항복 강도를 30 - 86% 만큼 그리고 경도는 40% 이상 만큼 증가시켰다. 이들 용접은 또한 균열도 없었다. Welds made on iron-based A286 alloy using standard 347 and 349 welding materials have low tensile properties and hardness at 872°C (1600°F), which is why these materials can be used with airfoils or air seals, respectively. It could not be used for repair of fins). The addition of B and C increased the yield strength of the clad welding by 30-86% and the hardness by more than 40%, as shown in Tables 5 and 6, respectively. These welds were also crack-free.

따라서, 상기 실시예에서와 같이, 약 0.3 wt.% 내지 0.8 wt.% B 와 약 0.2 wt.% C 내지 0.8 wt.% C 를 포함한 발명 용접 합금은 니켈 기재 Inconel 738 및 GTD 111 초합금과 철 기재 A286 합금상에 균열 없는 용접을 생산하였다. 이들 용접은 각각 니켈 및 철 기재 매트릭스에서 입방형 붕소화물과 탄화물의 형성으로 인하여 우수한 기계적 성질을 가졌으며, 다양한 니켈 및 철 기재 초합금의 터빈 엔진 부품 제조의 제작과 보수를 가능하게 한다.
Thus, as in the above embodiment, the invention welding alloy comprising about 0.3 wt.% to 0.8 wt.% B and about 0.2 wt.% C to 0.8 wt.% C is a nickel-based Inconel 738 and GTD 111 superalloy and an iron-based alloy. A crack-free weld was produced on the A286 alloy. These weldings have excellent mechanical properties due to the formation of cubic borides and carbides in nickel and iron based matrices, respectively, and make it possible to manufacture and repair turbine engine parts for various nickel and iron based superalloys.

Claims (26)

중량 백분율로 다음의 원소들로 구성되는 용접 재료:
a) 붕소: 0.3 내지 0.8 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.8 wt.%
c) 크롬: 17 내지 25 wt.%
d) 몰리브덴: 6 내지 12 wt.%
e) 철: 75 wt.% 이하
f) 불순물과 함께 니켈: 나머지.Welding material consisting of the following elements by weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.8 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.8 wt.%
c) chromium: 17 to 25 wt.%
d) Molybdenum: 6 to 12 wt.%
e) Iron: 75 wt.% or less
f) Nickel with impurities: the rest. 제 1 항에 있어서, 0.1 내지 4.5 wt.% 의 니오븀을 더 포함하는 용접 재료. The welding material according to claim 1, further comprising 0.1 to 4.5 wt.% of niobium. 제 2 항에 있어서, 크롬 함유량은 18 내지 23 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 2, wherein the chromium content constitutes 18 to 23 wt.%. 제 3 항에 있어서, 몰리브덴 함유량은 8 내지 10 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 3, wherein the molybdenum content constitutes 8 to 10 wt.%. 제 4 항에 있어서, 니오븀 함유량은 3 내지 4.5 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 4, wherein the niobium content constitutes 3 to 4.5 wt.%. 제 5 항에 있어서, 5 wt.% 이하의 철을 더 포함하는 용접 재료. The welding material according to claim 5, further comprising 5 wt.% or less of iron. 제 6 항에 있어서, 규소, 망간, 티타늄 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 0.1 내지 3.5 결합 wt.% 를 더 포함하는 용접 재료.The welding material according to claim 6, further comprising a microalloy element selected from silicon, manganese, and titanium: 0.1 to 3.5 wt.% bonding. 제 1 항에 있어서, 상기 원소들의 함유량은 다음과 같고,
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 몰리브덴: 0.75 wt.% 이하
d) 철 60 내지 75 wt.%
그리고 다음을 더 포함하는 용접 재료:
e) 니오븀: 0.1 내지 1.4 wt.% The method of claim 1, wherein the content of the elements is as follows,
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) Molybdenum: 0.75 wt.% or less
d) 60 to 75 wt.% iron
And welding material further comprising:
e) Niobium: 0.1 to 1.4 wt.% 제 8 항에 있어서, 크롬 함유량은 17 내지 22 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 8, wherein the chromium content constitutes 17 to 22 wt.%. 제 9 항에 있어서, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함하는 용접 재료. The welding material according to claim 9, further comprising a microalloy element selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 wt.% bonding. 제 10 항에 있어서, 크롬 함유량은 17 내지 20 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 10, wherein the chromium content constitutes 17 to 20 wt.%. 제 11 항에 있어서, 철 함유량은 63 내지 72 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 11, wherein the iron content constitutes 63 to 72 wt.%. 제 12 항에 있어서, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함하는 용접 재료. The welding material according to claim 12, further comprising a microalloy element selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%. 제 8 항에 있어서, 몰리브덴 함유량은 0.35 내지 0.65 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 8, wherein the molybdenum content constitutes 0.35 to 0.65 wt.%. 제 14 항에 있어서, 크롬 함유량은 19 내지 22 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 14, wherein the chromium content constitutes 19 to 22 wt.%. 제 15 항에 있어서, 철 함유량은 63 내지 70 wt.% 를 구성하는 용접 재료. The welding material according to claim 15, wherein the iron content constitutes 63 to 70 wt.%. 제 16 항에 있어서, 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.% 를 더 포함하는 용접 재료. 17. The welding material according to claim 16, further comprising a microalloy element selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%. 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된 용접 재료:
a) 붕소: 0.4 내지 0.8 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.8 wt.%
c) 크롬: 20 내지 23 wt.%
d) 몰리브덴 8 내지 10 wt.%
e) 니오븀: 3.15 내지 4.14 wt.%
f) 철 5 wt.% 이하
g) 티타늄, 규소 및 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.4 결합 wt.% 이하
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.Welding material consisting of the following elements by weight percentage:
a) Boron: 0.4 to 0.8 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.8 wt.%
c) chromium: 20 to 23 wt.%
d) 8 to 10 wt.% molybdenum
e) Niobium: 3.15 to 4.14 wt.%
f) 5 wt.% or less of iron
g) Micro alloying elements selected from titanium, silicon and manganese: 1.4 binding wt.% or less
h) Nickel with impurities: the rest. 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된 용접 재료:
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 크롬: 17 내지 20 wt.%
d) 몰리브덴: 0.75 wt.% 이하
e) 니오븀: 0.1 내지 0.4 wt.%
f) 철 63 내지 72 wt.%
g) 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.%
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.Welding material consisting of the following elements by weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) chromium: 17 to 20 wt.%
d) Molybdenum: 0.75 wt.% or less
e) Niobium: 0.1 to 0.4 wt.%
f) 63 to 72 wt.% iron
g) Micro alloying elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%
h) Nickel with impurities: the rest. 중량 백분율로 다음의 원소들로 구성된 용접 재료:
a) 붕소: 0.3 내지 0.4 wt.%
b) 탄소: 0.2 내지 0.3 wt.%
c) 크롬: 19 내지 22 wt.%
d) 몰리브덴: 0.35 내지 0.65 wt.%
e) 니오븀: 1 내지 1.4 wt.%
f) 철 63 내지 70 wt.%
g) 규소와 망간 중에서 선택된 마이크로 합금 원소들: 1.3 내지 3 결합 wt.%
h) 불순물과 함께 니켈: 나머지.Welding material consisting of the following elements by weight percentage:
a) Boron: 0.3 to 0.4 wt.%
b) carbon: 0.2 to 0.3 wt.%
c) chromium: 19 to 22 wt.%
d) Molybdenum: 0.35 to 0.65 wt.%
e) Niobium: 1 to 1.4 wt.%
f) 63 to 70 wt.% iron
g) Micro alloying elements selected from silicon and manganese: 1.3 to 3 binding wt.%
h) Nickel with impurities: the rest. 제 1 항에 있어서, 용접 재료가 용접 분말인 용접 재료.The welding material according to claim 1, wherein the welding material is a welding powder. 제 1 항에 있어서, 용접 재료가 용접 와이어인 용접 재료.The welding material according to claim 1, wherein the welding material is a welding wire. 제 1 항에 있어서, 용접 재료가 터빈 엔진 부품의 보수 부분인 용접 재료.The welding material according to claim 1, wherein the welding material is a repair part of a turbine engine component. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 0.2 내지 0.5 wt.% 의 탄소 함유량과, 0.3 내지 0.4 wt.% 의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료가 균열 보수용 용접 와이어 또는 분말인 용접 재료.The welding material according to claim 1, wherein the welding material having a carbon content of 0.2 to 0.5 wt.% and a boron content of 0.3 to 0.4 wt.% is a welding wire or powder for repairing cracks. 제 1 항에 있어서, 0.4 내지 0.8 wt.% 의 탄소 함유량과 0.4 내지 0.8 wt.%의 붕소 함유량을 갖는 용접 재료가 표면 경화용 용접 와이어 또는 분말인 용접 재료.The welding material according to claim 1, wherein the welding material having a carbon content of 0.4 to 0.8 wt.% and a boron content of 0.4 to 0.8 wt.% is a welding wire or powder for surface hardening.

Images