K465鎳基合金葉片電子束釬焊修復(fù)及裂紋控制研究.pdf

1、航空工業(yè)中所使用的鎳基高溫合金葉片的焊接修復(fù)一直是連接領(lǐng)域研究的熱點和難點之一，本文對 K465鎳基高溫合金葉片的電子束釬焊修復(fù)進(jìn)行了研究。K465鎳基高溫合金的焊接性較差，而電子束釬焊是一種局部加熱的釬焊方法，在焊接過程會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，焊后接頭極易產(chǎn)生裂紋。因此，在綜合分析接頭界面反應(yīng)產(chǎn)物含量及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合焊接熱應(yīng)力的分布特征，針對 K465鎳基高溫合金葉片的修復(fù)，提出了一種控制熱輸入的電子束釬焊修復(fù)方法，實現(xiàn)了 K46

2、5鎳基高溫合金葉片電子束釬焊的無裂紋修復(fù)。
　　釬料的研制與選用是 K465鎳基高溫合金電子束釬焊連接的關(guān)鍵問題，考慮電子束釬焊 K465合金對釬料的性能要求，采用機(jī)械合金化方法制備了一種適合電子束釬焊 K465鎳基高溫合金的高溫和高性能鎳基釬料。通過電子束釬焊工藝參數(shù)對 BNi-2、Bпp27和自制1號三種釬料鋪展面積影響和不同釬料接頭力學(xué)性能的研究，選擇了自制1號釬料進(jìn)行真空電子束釬焊研究。
　　通過對采用自制1號釬料的

3、K465鎳基高溫合金電子束釬焊接頭界面反應(yīng)產(chǎn)物的分析，發(fā)現(xiàn)電子束釬焊的工藝參數(shù)對界面反應(yīng)產(chǎn)物的形成和分布有直接影響。焊接修復(fù)的界面共生成五種反應(yīng)產(chǎn)物，它們分別是：鎳基γ固溶體、Ni2Si、Ni3B、Ni3Si和Ni3Al相。
　　試驗結(jié)果表明，當(dāng)電子束釬焊工藝參數(shù)改變時，接頭界面產(chǎn)物的種類并未發(fā)生改變，但對界面產(chǎn)物的形態(tài)與數(shù)量影響較大。當(dāng)電子束釬焊束流較小或加熱時間較短時，鎳基γ固溶體在釬焊接頭界面中所占的比例較大；當(dāng)電子束釬焊束

4、流較大或加熱時間較長時，Ni2Si、Ni3B、Ni3Si和Ni3Al釬焊接頭界面中所占的比例增加，界面中的基體相鎳基γ固溶體所占的比例減少，塊狀的Ni2Si尺寸變大，分布較集中，主要分布在接頭界面和母材的交界處。
　　研究了工藝參數(shù)對接頭抗拉強(qiáng)度和斷裂部位的影響。結(jié)果表明，接頭的抗拉強(qiáng)度隨著束流和加熱時間的增加而升高，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到最大值后，隨著束流和加熱時間的增加反而降低。在本試驗條件下，當(dāng)束流為2.7mA、加熱時間為200s和聚焦

5、電流為1800mA時，接頭的最大抗拉強(qiáng)度為760MPa，可達(dá)母材強(qiáng)度的82％。
　　K465鎳基高溫合金開非貫通槽葉片模擬件電子束釬焊修復(fù)接頭極易產(chǎn)生裂紋，裂紋大多起裂于焊縫或接頭界面附近的母材上，整體沿著縱向穿過釬縫，其主要原因是熱應(yīng)力較大。拉伸斷裂往往發(fā)生在釬縫和近縫母材處，為脆性穿晶斷裂。而開貫通槽葉片模擬件很少產(chǎn)生裂紋。
　　通過對開非貫通槽葉片模擬件的分析，得到了產(chǎn)生宏觀裂紋所對應(yīng)的冷卻時間，并計算了此時的溫度和應(yīng)

6、力分布，發(fā)現(xiàn)距試件中心1.3~2.4mm是應(yīng)力集中區(qū)域，且沿Y軸σY方向比X軸σX方向應(yīng)力值較大，最高可達(dá)935MPa，裂紋絕大多數(shù)均沿X軸方向分布。對比非貫通槽和貫通槽葉片模擬件的X軸σX方向和Y軸σY方向的應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)相同位置具有貫通槽試件的應(yīng)力小于非貫通槽試件。室溫時由于接頭中仍有826MPa的殘余拉應(yīng)力，從而使開貫通槽試件接頭在低應(yīng)力下拉伸斷裂。
　　根據(jù)上述研究結(jié)果，本文提出一種束流逐級躍遷熱輸入控制電子束釬焊K465

7、鎳基高溫合金葉片無裂紋修復(fù)方法：即采用焊前逐級增加束流的預(yù)熱和焊后逐級減少束流的方式調(diào)控焊接熱循環(huán)曲線，緩解和釋放熱應(yīng)力。采用該方法最終獲得了 K465鎳基高溫合金葉片模擬件電子束釬焊修復(fù)無宏觀裂紋接頭。并采用X射線衍射技術(shù)測定了束流逐級躍遷熱輸入控制電子束釬焊接頭的殘余應(yīng)力場分布。
　　采用局部束流逐級躍遷熱輸入控制電子束釬焊修復(fù)方法實現(xiàn)了 K465鎳基高溫合金非貫通槽和貫通槽葉片的無裂紋修復(fù)。對修復(fù)后的葉片進(jìn)行X射線探傷，結(jié)果