Development of a Weldability Testing System to Quantify Hot Cracking Susceptibility of Inconel 718 Pre-Welded Sheets

Les défauts de fissuration à chaud sont fréquemment observés lors du soudage à l'arc sous gaz avec électrode de tungstène (GTAW), de feuilles d'Inconel 718. Dans le but de résoudre ce problème et d'améliorer la qualité des soudures, un projet de recherche a été mené par professeure Brochu de l'École Polytechnique de Montréal. Dans le cadre de ce dernier, des soudures ayant une variété de microstructures ont été produites en faisant varier les paramètres de soudage. Dans certaines de ces microstructures, un joint de grain central rectiligne a été observé : une caractéristique qui semblerait être à l'origine des fissures. Par la suite, des tentatives pour produire une soudure sans joint de grain central furent amorcées. Suite à ce projet, il a été jugé nécessaire de tester la susceptibilité à la fissuration à chaud des différents joints soudés. Ainsi, le but de ce projet est de développer un système et une méthode expérimentale permettant de déterminer l'effet de la microstructure de soudures existantes sur leur susceptibilité à la fissuration à chaud, et ce à un moindre coût. La procédure adoptée pour la conception et le développement du système est divisée en plusieurs étapes, soit l'analyse de la littérature et des méthodes d'essai de soudabilité existantes, la conception du système et le développement de la procédure expérimentale permettant d'évaluer les capacités du système. En ce qui a trait à l'analyse de la littérature, les propriétés mécaniques de différents superalliages de nickel, particulièrement les alliages de type IN718, ont été comparées à d'autres matériaux. Les maints types de fissures pouvant se former lors du procédé de soudage de ces alliages ont ensuite été examinés. Les méthodes d'essai de soudabilité les plus courantes pour quantifier la sensibilité à la fissuration à chaud des matériaux y sont décrites. Il a été conclu de la revue de littérature que les méthodes d'essai impliquant l'application d'une contrainte externe sont plus efficaces que les autres puisqu'elles offrent un meilleur contrôle sur le déroulement du test. Dans le chapitre suivant, les capacités et les limites des différentes méthodes décrites précédemment ont été analysées et comparées afin de vérifier leur capacité à répondre aux attentes et aux spécificités techniques du projet. Il a été conclu que la méthode d'essai de ductilité à chaud est celle qui répond au plus grand nombre de critères pour ce projet. Le chapitre 4 décrit le processus de conception de la méthode d'essai de ductilité à chaud qui comprend divers obstacles et défis qui ont dû être surmontés.

Abstract

Hot cracking defects are frequently observed during the gas tungsten arc welding of Inconel 718 sheets. In order to solve this problem and improve the quality of the welds, a research project was carried out by prof. Brochu, École Polytechnique de Montréal. In their study, a series of welds with different microstructures were produced using various welding parameters. In some of these microstructures, longitudinal centerline grain boundary was observed: a characteristic that is seemingly a weak point for crack initiation. Subsequently, multiple attempts to produce a weld with no evidence of the centerline grain boundaries were initiated. Following up with the project by prof. Brochu, it was deemed necessary to test the hot cracking susceptibility of the different welds that were produced. Thus, this project's goal is to develop a system and an experimental method that are capable of determining the effect of the microstructure of the existing welds on their hot cracking susceptibility, and all of this at the lowest possible price. The procedure adopted to design and develop the system is divided in multiple steps, namely the literature review, the analysis of the existing weldability testing methods, the design of the system and the development of the experimental procedure allowing to evaluate the capabilities of the system. In the literature review, the mechanical properties of several nickel base superalloys, particularly the IN718 alloys, were compared with other materials. The several types of welding cracks occurring during the welding processes of such alloys were then explained. The main part of this chapter describes the common weldability testing methods used to quantify susceptibility of the materials to hot cracking. It was concluded that the tests including the application of an external load are more efficient than the others since they provide a better control over the testing process. In the next chapter, the capacities and the limitations of the different methods described above were analyzed and compared in order to verify their capability to satisfy the expectations and the technical specificities of this project. It was concluded that the hot ductility test is the method that meets the highest number of requirements of the project. Chapter 4 describes the designing process of the hot ductility testing system which includes various obstacles and challenges that had to be overcome during this endeavor.