低膨脹高溫合金GH909激光焊接工藝及其熱裂紋抑制方法研究.pdf

1、低膨脹高溫合金是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型工程材料，由于它具有高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)、穩(wěn)定的彈性模量等優(yōu)點(diǎn)，因而在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。該種合金焊接難點(diǎn)在于接頭區(qū)易出現(xiàn)熱裂紋，如何有效地抑制焊接熱裂紋成為目前迫切需要解決的難題?；诘团蛎浉邷睾辖饦?gòu)件快速制造的需求，本文開展低膨脹高溫合金薄板GH909激光焊接、厚板GH909激光-MIG焊接、熱處理制度對接頭性能影響、熱裂紋形成機(jī)理及其抑制等方面的研究。本研究主要內(nèi)容包括：

2、r>　　⑴采用堆焊方式研究了激光功率、焊接速度等工藝參數(shù)和保護(hù)方式對低膨脹高溫合金焊縫成形的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了2mm厚的薄板低膨脹高溫合金對接形式的全位置以及復(fù)雜曲線樣件的激光焊接。熱輸入量的大小直接決定焊縫橫截面的形狀，合適的熱輸入量為36～54 J/mm；焊縫區(qū)組織主要由胞晶組織、枝晶組織以及枝晶和等軸晶混合組織組成，焊接缺陷主要是氣孔和液化裂紋；薄板焊后接頭的室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材90％以上，斷裂位置出現(xiàn)在熱影響區(qū)，以韌性

3、斷裂方式為主。
　?、蒲芯苛瞬煌瑹崽幚碇贫葘?mm薄板低膨脹高溫合金GH909激光焊后接頭組織與性能的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接頭焊前固溶時(shí)效處理時(shí)，由于焊縫區(qū)析出的強(qiáng)化相γ'相發(fā)生回溶，導(dǎo)致接頭軟化。接頭焊后時(shí)效處理后，接頭區(qū)樹枝晶內(nèi)析出大量的顆粒狀強(qiáng)化相γ'相，起到彌散強(qiáng)化效果，而晶界處析出顆粒狀的Laves相和少量塊狀的碳化物，接頭的平均室溫抗拉強(qiáng)度為1129.6MPa，達(dá)到母材90%以上；焊后固溶時(shí)效處理后，接頭區(qū)晶界的雜質(zhì)相

4、明顯較少，接頭和母材的室溫抗拉強(qiáng)度有了一定程度的提高；接頭焊后固溶二次時(shí)效處理后，接頭室溫抗拉強(qiáng)度為1122.61MPa，低于焊后固溶時(shí)效狀態(tài)，但650℃/480MPa時(shí)的高溫持久性能卻明顯高于前者，這是由于接頭中的部分強(qiáng)化相γ′相向針狀ε相轉(zhuǎn)變，而ε相的析出可以改善接頭的高溫性能。
　?、呛附咏宇^中熱裂紋主要是液化裂紋，出現(xiàn)在熱影響區(qū)，沿母材奧氏體晶界進(jìn)行開裂。液化裂紋產(chǎn)生的原因是由于焊接熱循環(huán)作用下熱影響區(qū)成分偏析的結(jié)果，晶界

5、處形成富Nb相，而在晶內(nèi)形成貧Nb相，Nb原子半徑比較大，導(dǎo)致含有大量Nb元素的固液界面處發(fā)生較大的晶格畸變，在外在應(yīng)力作用下誘導(dǎo)晶界的開裂。采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方法，驗(yàn)證了采用小功率低焊速的工藝參數(shù)可以有效地降低高溫合金GH909焊接過程中熱影響區(qū)的溫度梯度和冷卻速度，并有利于降低熱影響區(qū)的焊接熱應(yīng)力。熱裂紋的抑制可以通過合理選擇母材熱處理狀態(tài)、焊接道次和減少激光焊接過程中的熱輸入量來實(shí)現(xiàn)，相同熱輸入量的條件下，降低激光功率比提高

6、焊接速度更有利于抑制熱影響區(qū)的液化裂紋。
　　⑷采用光纖激光-MIG復(fù)合方法實(shí)現(xiàn)了10mm厚GH909的焊接，單道熔深達(dá)10mm，接頭的室溫強(qiáng)度達(dá)到631.18MPa，達(dá)到母材的71%；合適的工藝參數(shù)如下：焊接速度0.54～0.6m/min，光絲間距為3mm，焊縫間隙值在0.28mm,弧焊電流140~160A，坡口形式為α=10°，d1=0.7mm，d2=6mm。焊縫底部采用銅墊板，起到“托住”熔池和快速極冷作用，可以消除焊縫背面