铸造高温合金精铸零部件的补焊研究进展

主要综述了采用钨极氩弧焊、激光焊、钎焊与粉末冶金修复再制造等焊接方式进行高温合金精铸件的补焊的研究现状及发展趋势。总结了采用不同补焊方法时焊接工艺对焊接性能的影响。指出了今后铸造高温合金精铸件的补焊的研究方向。

K438高温合金补焊接头热处理裂纹研究

对K438高温合金补焊件热处理裂纹进行了研究,观察了裂纹的分布特征,分析了不同裂纹的形成机理。结果表明,热处理后热影响区出现两类裂纹:不连续的液化裂纹和起始于熔合区,向母材扩展的应变时效裂纹。应变时效裂纹取决于焊缝的残余应力和敏感组织,M_(23)C_6和M_6C的存在增加了晶界脆性,增大了裂纹开裂的倾向性。当应力超过合金的强度极限即发生开裂。液化裂纹是由于晶界的低熔点(γ+γ′)共晶相在热处理时被重新熔化,削弱了晶粒间的内聚力,导致裂纹的产生。

K438精铸件氩弧焊补焊工艺研究

铸态高温合金补焊是提高航空发动机成品合格率的重要因素。采用HGH625,KC20WN和HGH3044焊丝对镍基合金K438开展补焊工艺研究。研究发现:焊丝中含有适量的Al,Ti元素可以有效改善焊缝组织,提高焊缝性能,但过多的Al,Ti元素会增大合金热裂纹的倾向性;晶界热裂纹的产生与晶界形成的碳化物有关,碳化物的存在削弱了晶粒之间作用力,一定程度上诱导合金补焊过程中热裂纹的形成。

薄壁圆筒件钻削变形分析与控制方法研究

薄壁圆筒件刚性差,钻削加工中易产生加工变形,导致孔的垂直度难以保证。利用“单元生死”技术对薄壁圆筒件法兰孔的依序钻削加工过程进行有限元仿真分析,得到钻孔处轴向变形量,由之推导计算孔垂直度误差;将该结果与实测值进行对比,验证仿真模型的合理性和正确性。为减小轴向变形,设计一种适用于零件法兰盘钻削加工的自适应调高支撑夹具,就夹具3种不同支撑布局方案进行钻削数值模拟分析,比较各方案中法兰孔的最大垂直度误差,优选出最佳方案。研究结果表明,提出的控制方法可有效改善薄壁圆筒件的钻削变形,使孔的垂直度达到工艺设计要求。

高温合金K423A铸件GTAW补焊工艺

通过改变焊接电流、焊接保护气氛等措施,研究K423A典型精铸件的钨极氩弧焊补焊工艺,分析焊缝组织和性能变化规律。结果表明:通过补焊工艺来实现K423A合金背部裂纹的有效抑制是可行的;焊接保护气氛在很大程度上影响焊缝的背部成形,而背部开裂现象主要是由于焊缝的背面氧化引起的;焊件在弧焊过程中通过背部气体保护并进行有效的预热处理,可以有效抑制焊件焊缝的背部开裂;采取适当的焊接电流能够获得接头组织细密的接头,也可以降低焊接过程中热裂纹的倾向性。

高温合金零件钨极氩弧焊补焊工艺分析

高温合金精铸件的补焊一直是我国航空制造领域的难题。本文主要研究了具有铸造缺陷的高温合金精铸件钨极氩弧焊(TIG)补焊性能,通过光学显微镜、扫描电镜和能谱仪等设备,分析了焊接组织与性能,优化了焊接工艺。结果表明:沉淀硬化型高温合金零件补焊时,采取中电流一层焊工艺为宜,并且焊后进行去应力时效处理对防止出现焊接裂纹非常必要。

双电极作用下超细晶粒钢电阻点焊接头组织和性能

采用单电极和双电极分别对400MPa级超细晶粒钢进行电阻点焊，研究了点焊接头组织和性能。试验结果表明超细晶粒钢电阻点焊接头熔核区几乎由方向性很强的柱状晶组成，组织以脆硬的马氏体为主；双电极点焊时，环形电极对热影响进行加热，细化了热影响区粗晶区晶粒组织，消除了脆硬的马氏体组织，提高了点焊接头拉剪强度。

GH4169合金薄板与凸台件的焊接变形分析

采用真空电子束焊接进行了凸台与GH4169合金薄板的焊接,研究了焊接热输入、板厚及凸台数量对焊接件变形的影响。结果表明,薄板与凸台的焊接件经焊后会产生平面内收缩变形量和平面外失稳变形。焊接件沿板边的收缩变形量呈中间大、两侧小;随热输入增大,中间内凹程度增大。收缩变形量与热输入成正比,与板厚度成反比。2 mm厚的薄板焊接单凸台时,焊接热输入由54 J/mm增加至84 J/mm时,收缩变形量由0. 20 mm增加至0. 48 mm;同时当焊接热输入为54 J/mm,板厚2 mm,收缩变形量为0. 20 mm,板厚5 mm时,变为几乎无变形。焊接单凸台试板的失稳变形表现为试板板边呈绕环形焊缝无规律的上翘、下翘,其主要是焊缝的角变形引起。双凸台焊接试板产生的失稳变形呈上翘、下翘交替变化的波浪变形,其产生主要原因由角变形和扭曲变形造成。板越薄,热输入越大,其上翘、下翘的变形量越大;焊接双凸台产生的失稳变形较焊接单凸台的大。

不同粉末对等离子弧喷焊DZ125合金显微组织的影响

采用等离子弧喷焊技术在定向凝固DZ125合金表面制备钴基与镍基合金熔覆层。结果表明,熔覆层在基材的结合界面处形成的是外延生长的柱状晶组织,随着温度梯度G减小,成分过冷程度增加,组织发生了柱状晶向等轴晶的转变。凝固时固液界面前移,使得温度梯度降低,在相同条件下,Ni基合金比Co基合金更易转化为等轴晶,形成的柱状晶更少。Co基合金与Ni基合金熔覆层硬度自基材到表面呈上升趋势,相较于基材的组织,熔覆层的柱状晶组织更为细小,硬度更高,熔覆层的等轴晶硬度高于柱状晶。

双电极作用下超细晶粒钢电阻点焊接头组织和性能

采用单电极和双电极分别对400MPa级超细晶粒钢进行电阻点焊焊接，研究了点焊接头组织和性能。试验结果表明超细晶粒钢电阻点焊接头熔核区几乎由方向性很强的柱状晶组成，组织以脆硬的马氏体为主；双电极点焊时，环形电极对热影响区进行加热，细化了热影响区粗晶区晶粒组织，消除了脆硬的马氏体组织，提高了点焊接头拉剪强度。

GH4169合金薄板电子束封闭焊缝的变形行为研究

本文通过设计GH4169薄板与凸台的环缝电子束焊接的试件,来研究电子束焊后残余变形大的问题。通过静态测距法测量了焊后试件的平面内外变形,研究得出了,焊接变形收缩量与板厚、焊接热输入等的对应关系。

GH2132合金环缝结构件裂纹敏感性研究

针对轴承座底盘与螺柱TIG焊环缝结构,对不同硼含量的GH2132合金进行焊接工艺试验,检测焊接接头表面及横截面裂纹,结合接头显微组织形貌及XRD残余应力测试结果分析裂纹形成机理。结果表明,GH2132合金底盘与螺柱TIG焊接头具有焊接裂纹敏感性,裂纹出现在熔合线附近的粗晶区,沿晶界向母材扩展,为液化裂纹。焊接接头裂纹敏感性随焊接热输入的增大而增大,合金中硼元素含量对液化裂纹敏感性有较大影响,含硼高的合金裂纹敏感性高于含硼低的合金。焊接接头裂纹的分布与该构件结构特征密切相关。由于轴承座底盘有一个中心孔且螺柱靠近中心孔的边缘,焊接时螺柱外侧焊缝受到的拘束应力大于其内侧焊缝,裂纹多出现在螺柱环形焊缝的外侧。

扫描波形对TC4钛合金真空电子束焊焊缝成形的影响

采用真空电子束焊方法,对3 mm厚的TC4钛合金进行自熔试验。通过焊缝外观、金相和显微硬度试验,分析扫描波形方式、扫描波形的频率和扫描波形的振幅与焊缝成形、焊缝组织及显微硬度的内在关系。结果表明:TC4钛合金焊缝外观成形较好,焊缝表面为银白色,无氧化色彩,几乎没有缺陷(气孔、咬边、焊瘤)。对于TC4钛合金焊接工艺参数为:加速电压U_A=120 k V,电子束流I_B=6.0 m A,焊接速度v=20 mm/s,聚焦电流I_L=1 930 m A,频率f=300 Hz,振幅ACX=0.3 mm,最佳波形为空间矩形(W9),此时对应的深宽比最大,焊缝显微硬度在很小范围内变化。

GH3044合金薄壁零件裂纹、掉块修复工艺研究

通过对某航空发动机GH3044合金薄壁零件裂纹、掉块问题修复工艺的试验研究,确定了合理的焊接修复工艺及工艺参数,探讨了焊接修复对焊接接头的性能和组织的影响。结果表明:缝焊接头去除一侧板材和焊缝后采用连续点焊重新焊接,对焊缝质量和焊接接头强度无明显影响,可采用连续点焊进行某航空发动机GH3044合金薄壁零件双重环的焊接修复。

0.2mm厚GH4169薄片激光微焊接接头的组织性能

采用精密脉冲激光对厚度为0.2mm的GH4169高温合金进行焊接试验,利用光学显微镜、电子精密拉伸机等分析测试手段,研究了焊接工艺参数对焊缝形貌的影响,并对接头的金相组织与性能进行了测试、分析。结果表明,以氩气为保护气体,在功率12.8W,脉宽2.7ms,脉冲频率5.0Hz的工艺参数下,以激光为热源可成功实现0.2mm厚度GH4169的对接焊,焊缝成形良好、接头抗拉强度高于母材。焊接接头显微组织由焊缝中心区的细小等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成,热影响存在晶间析出物导致腐蚀后有类似于裂纹的黑线生成。焊接接头的显微硬度高于母材。

光束偏移量对DD407/GH1140激光焊接头性能的影响

对航空发动机整体叶盘所采用的DD407和GH1140异种材料进行了激光对接试验,分析了光束偏移对接头力学性能的影响及典型接头横截面的组织特征,并分析了光束偏移对焊缝微观硬度影响。结果表明,该异种材料激光焊接头强度可达到466.3MPa,且光束偏移量对接头强度影响不大,主要取决于GH1140母材;焊缝横截面呈典型的"酒杯状",主要由焊缝两侧的枝状晶及中心的等轴晶组成;接头的显微硬度从GH1140侧经焊缝到DD407侧呈逐渐递增趋势,W和Co元素的固溶强化、γ'强化相的含量的增加、晶粒粗化是显微硬度上升的原因。

GH145薄片脉冲激光微焊接工艺及接头组织性能

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状GH145高温合金进行对接焊,利用光学显微镜、能谱分析仪、电子精密拉伸机等分析测试方法,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及接头抗拉强度的影响,并对接头的金相组织与力学性能进行了测试与分析。结果表明,焊接接头获得最大抗拉强度的最优工艺参数是脉冲功率百分比为17、脉冲宽度为4.0 ms、脉冲频率为2 Hz,此时焊缝成形良好,接头的承载能力达到了母材的97%。在其它工艺参数固定不变时,脉冲宽度增大,焊缝熔深增大,接头抗拉强度也随之增大;脉冲功率百分比过小和过大,都会使接头的抗拉强度降低;焊接接头显微组织由焊缝中心区细小的等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成。焊缝区的硬度值明显高于母材区。