CN103273205A - 一种电子束复合瞬时液相扩散连接gh4169高温合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，它属于高温合金连接领域，具体涉及一种GH4169合金的连接方法。本发明要解决现有GH4169高温合金的连接方法接头抗拉强度低和易产生液化裂纹的问题。连接方法：一、打磨GH4169高温合金试件的待焊面，清洗试件；二、中间层放于洗净的合金试件的待焊面之间，置于真空扩散连接炉中进行初始连接；三、转入真空电子束焊接设备中，控制电子束焊接工艺进行电子束焊接，取出焊接试件完成GH4169高温合金的连接。本发明得到的焊接接头无液化裂纹产生，抗拉强度较高。
Description
技术领域
本发明属于高温合金连接领域，具体涉及一种GH4169合金的连接方法。
背景技术
GH4169合金是Ni-Cr-Fe基高温合金，在650℃以下的强度居高温合金之首，同时具有优良的抗热疲劳、抗氧化以及热加工性能。GH4169合金在整个高温合金领域占有重要地位，广泛应用于制造发动机涡轮盘、压气机叶片、紧固件、发动机轴、发动机燃烧室、尾喷管等部件。其中许多部件的质量对提高工作效率、保证可靠性及安全性、全面提升整体性能至关重要。因而，对GH4169高温合金制作的复杂构件进行连接就成为制作高性能部件非常重要的一步，而航空航天对高温合金连接接头力学性能及表面成形的要求均非常高。
瞬时液相扩散连接与其它连接方法相比具有接头变形量小、组织成分均匀、性能接近母材等优势，成为连接GH4169合金部件最为合适的方法之一。然而由于中间层降熔元素向母材中扩散所形成的脆性化合物往往难于去除，使得接头塑性差，无法完全满足航空航天对接头性能的高要求。
电子束连接技术以其高能量密度、高熔透性、焊接变形区小及易于控制等优点在航空航天领域得到广泛应用。利用电子束连接技术所获得的高温合金接头强度高、塑性好，但易出现近缝区液化裂纹缺陷，且焊缝背面成形无法满足某些复杂构件对接头成形的要求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有GH4169高温合金的连接方法接头抗拉强度低和易产生液化裂纹的问题，而提供一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法。
本发明电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法按下列步骤实现：
一、使用砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整，用丙酮或无水乙醇清洗GH4169高温合金试件，得到洗净的GH4169高温合金试件；二、将中间层放于洗净的GH4169高温合金试件的待焊面之间，然后置于真空扩散连接炉中，采用0.05～15MPa的压力对GH4169高温合金试件进行装配，待真空扩散连接炉内真空度达到5.0×10-3Pa时开始加热，在连接温度1050～1150℃的条件下进行初始连接，连接20～120min后停止加热，随炉冷却至室温得到初始连接试件；三、将步骤二得到的初始连接试件从真空扩散连接炉中取出，转入真空电子束焊接设备中，控制加速电压为130～150kV，电子束流为25～35mA，聚焦电流为300～400mA，焊接速度为400～500mm/min完成电子束焊接，取出焊接后的GH4169高温合金试件，完成电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金。
本发明使用瞬时液相扩散连接和电子束复合连接方法，在瞬时液相扩散连接时，当连接温度高于中间层熔点时，中间层熔化形成液相，通过中间层中的低熔点元素向GH4169合金母材中扩散以及母材中合金元素向中间层液相中溶解，使得液相层熔点逐渐升高，实现在等温过程中的凝固，继续在该温度下进行保温，对接头中元素进行均匀化处理，形成内部无缺陷，背面成形好的初始连接接头。
随后利用高能电子束将焊缝部位熔化，电子束对熔池的搅拌作用使得瞬时液相连接接头扩散区的化合物熔化并分布均匀，冷却后形成的二次焊缝部位不再析出脆性化合物相，接头塑性大幅度提高；由于瞬时液相扩散连接焊缝中元素的重新分配以及初始连接过程对高温合金母材的热作用，大大降低了电子束连接时出现液相裂纹的倾向；且通过控制电子束连接过程的熔深，使其不影响焊缝背面成形的美观。
本发明电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金克服了瞬时液相连接GH4169合金时接头扩散区化合物难于去除、接头塑性差，以及电子束连接GH4169合金时接头易产生液化裂纹、接头背面成形的缺陷，得到的焊接接头室温抗拉强度为986MPa。
附图说明
图1为实施例一得到的电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的焊接接头的界面微观组织结构，1—电子束重熔焊缝，2—熔合线，3—瞬时液相扩散连接焊缝。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法按下列步骤实施：
一、使用砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整，用丙酮或无水乙醇清洗GH4169高温合金试件，得到洗净的GH4169高温合金试件；二、将中间层放于洗净的GH4169高温合金试件的待焊面之间，然后置于真空扩散连接炉中，采用0.05～15MPa的压力对GH4169高温合金试件进行装配，待真空扩散连接炉内真空度达到5.0×10-3Pa时开始加热，在连接温度1050～1150℃的条件下进行初始连接，连接20～120min后停止加热，随炉冷却至室温得到初始连接试件；三、将步骤二得到的初始连接试件从真空扩散连接炉中取出，转入真空电子束焊接设备中，控制加速电压为130～150kV，电子束流为25～35mA，聚焦电流为300～400mA，焊接速度为400～500mm/min完成电子束焊接，取出焊接后的GH4169高温合金试件，完成电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金。
本实施方式在电子束重熔瞬时液相扩散连接焊缝过程中电子束束流聚焦位置位于与瞬时液相扩散连接焊缝所在平面上，在保证电子束重熔焊缝正面成形和深宽比的前提下实现部分熔透焊，从而实现GH4169合金的电子束复合瞬时液相扩散连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一依次使用80#、180#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二在连接温度1080～1120℃的条件下进行初始连接，连接60～90min后停止加热。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二所使用的中间层为Ni-Cr-Si-B非晶箔片。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二所使用的中间层按质量百分比由84.5%～88%的Ni、6.0%～8.0%的Cr、4.0%～5.0%的Si和2%～3.5%的B组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二所使用的中间层按质量百分比由85%的Ni、7.5%的Cr、4%的Si和3.5%的B组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三真空电子束焊接设备中的电子束束流聚焦位置位于步骤二得到的初始连接焊缝所在平面上。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三控制加速电压为135～145kV，电子束流为28～32mA，聚焦电流为330～380mA，焊接速度为430～470mm/min完成电子束焊接。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是GH4169高温合金按质量百分比由52%～55%的Ni、17%～19%的Cr、16.5%～18%的Fe、5%～6%的Nb、3%～3.5%的Mo、0.8%～1.2%的Ti和0.4%～0.6%的Al组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是GH4169高温合金按质量百分比由54.29%的Ni、18.09%的Cr、17.69%的Fe、5.43%的Nb、3.07%的Mo、0.97%的Ti和0.46%的Al组成。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
实施例一：本实施例电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法按下列步骤实施：
一、使用砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整，用无水乙醇清洗GH4169高温合金试件，得到洗净的GH4169高温合金试件；二、将中间层放于洗净的GH4169高温合金试件的待焊面之间，然后置于真空扩散连接炉中，采用5MPa的压力对GH4169高温合金试件进行装配，待真空扩散连接炉内真空度达到5.0×10-3Pa时开始加热，在连接温度1100℃的条件下进行初始连接，连接120min后停止加热，随炉冷却至室温得到初始连接试件；三、将步骤二得到的初始连接试件从真空扩散连接炉中取出，转入真空电子束焊接设备中，控制加速电压为145kV，电子束流为30mA，聚焦电流为350mA，焊接速度为450mm/min完成电子束焊接，取出焊接后的GH4169高温合金试件，完成电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金。
本实施例步骤二所使用的中间层按质量百分比由85%的Ni、7.5%的Cr、4%的Si和3.5%的B组成。所使用的GH4169高温合金按质量百分比由54.29%的Ni、18.09%的Cr、17.69%的Fe、5.43%的Nb、3.07%的Mo、0.97%的Ti和0.46%的Al组成。其中步骤三真空电子束焊接设备中的电子束束流聚焦位置位于步骤二得到的初始连接焊缝所在平面上。
本实施例电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的焊接接头的界面微观组织如图1所示，本图显示焊接接头无液化裂纹产生，接头背面成形好。得到的焊接接头室温抗拉强度为986Mpa，如采用相同焊接工艺的单纯瞬时液相连接接头抗拉强度仅为809MPa。
Claims (10)
1.一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法按下列步骤实现：
一、使用砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整，用丙酮或无水乙醇清洗GH4169高温合金试件，得到洗净的GH4169高温合金试件；二、将中间层放于洗净的GH4169高温合金试件的待焊面之间，然后置于真空扩散连接炉中，采用0.05～15MPa的压力对GH4169高温合金试件进行装配，待真空扩散连接炉内真空度达到5.0×10-3Pa时开始加热，在连接温度1050～1150℃的条件下进行初始连接，连接20～120min后停止加热，随炉冷却至室温得到初始连接试件；三、将步骤二得到的初始连接试件从真空扩散连接炉中取出，转入真空电子束焊接设备中，控制加速电压为130～150kV，电子束流为25～35mA，聚焦电流为300～400mA，焊接速度为400～500mm/min完成电子束焊接，取出焊接后的GH4169高温合金试件，完成电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金。
2.根据权利要求1所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤一依次使用80#、180#、400#、600#、800#、1000#金相砂纸将GH4169高温合金试件的待焊面打磨平整。
3.根据权利要求1所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤二在连接温度1080～1120℃的条件下进行初始连接，连接60～90min后停止加热。
4.根据权利要求1所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤二所使用的中间层为Ni-Cr-Si-B非晶箔片。
5.根据权利要求4所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤二所使用的中间层按质量百分比由84.5%～88%的Ni、6.0%～8.0%的Cr、4.0%～5.0%的Si和2%～3.5%的B组成。
6.根据权利要求5所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤二所使用的中间层按质量百分比由85%的Ni、7.5%的Cr、4%的Si和3.5%的B组成。
7.根据权利要求1所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤三真空电子束焊接设备中的电子束束流聚焦位置位于步骤二得到的初始连接焊缝所在平面上。
8.根据权利要求1所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于步骤三控制加速电压为135～145kV，电子束流为28～32mA，聚焦电流为330～380mA，焊接速度为430～470mm/min完成电子束焊接。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于GH4169高温合金按质量百分比由52%～55%的Ni、17%～19%的Cr、16.5%～18%的Fe、5%～6%的Nb、3%～3.5%的Mo、0.8%～1.2%的Ti和0.4%～0.6%的Al组成。
10.根据权利要求1至8任一项所述的一种电子束复合瞬时液相扩散连接GH4169高温合金的方法，其特征在于GH4169高温合金按质量百分比由54.29%的Ni、18.09%的Cr、17.69%的Fe、5.43%的Nb、3.07%的Mo、0.97%的Ti和0.46%的Al组成。
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