本發(fā)明屬于高溫合金箔材制備，具體涉及一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法。

背景技術(shù)：

1、通常將厚度大于1mm的高溫合金型材稱為板材，厚度0.1～0.8mm稱為帶材，厚度小于0.1mm稱為箔材。金屬箔材的厚度遠(yuǎn)小于其它二個(gè)維度的尺寸，是一種典型的微米尺度材料。gh3536是一種固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金，具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性、抗氧化性能、高溫穩(wěn)定性及組織穩(wěn)定性，可以在900℃以下長期使用，短時(shí)工作溫度也可以達(dá)到1080℃。gh3536合金箔材可用于制備航空發(fā)動機(jī)燃燒襯套、渦輪排氣部件、飛機(jī)機(jī)艙加熱器等復(fù)雜薄壁耐高溫結(jié)構(gòu)件，是一類在航空、航天等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用背景的微米尺度材料。由微米尺度gh3536合金箔材制備的薄壁鈑金件在飛機(jī)發(fā)動機(jī)的燃燒室、渦輪等結(jié)構(gòu)上占有相當(dāng)大的比重，而焊接是連接這些零件的重要手段。傳統(tǒng)的焊接工藝方法熱量不集中，焊接效率低，零件變形大，焊道易氧化，容易產(chǎn)生焊接缺陷。航空航天領(lǐng)域?qū)附淤|(zhì)量要求高，尤其是此類高溫條件下服役的零部件產(chǎn)品，焊接缺陷是成為產(chǎn)品失效的重要途徑之一。真空電子束焊接無需通入保護(hù)氣體，零件處于真空狀態(tài)下進(jìn)行焊接，極大的減少了周圍環(huán)境對焊道的污染，具有穿透能力強(qiáng)、焊接速度快、熱影響區(qū)小、焊接應(yīng)力小、焊縫深寬比大、焊接質(zhì)量好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。gh3536合金箔材在電子束焊接時(shí)，母材金屬經(jīng)歷了先受熱熔化后冷卻凝固的過程。這一過程中，不同的焊接熱輸入會促使焊縫金屬的升溫和冷卻速度發(fā)生變化，導(dǎo)致焊縫區(qū)微觀組織發(fā)生改變，最終影響焊接接頭的力學(xué)性能，從結(jié)構(gòu)的安全可靠性考慮，一般都要求焊縫強(qiáng)度至少與母材強(qiáng)度相等，即“等強(qiáng)”設(shè)計(jì)原則。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提出一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，具有變形小，焊縫成型美觀，無裂紋、氣孔等缺陷，在優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)下，接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，包括以下步驟：

4、第一步：采用厚度為0.03～0.08mm的鎳基變形高溫合金箔材，襯墊為2～4mm厚316不銹鋼鋼板；

5、第二步：焊接前對母材、襯墊進(jìn)行化學(xué)清理，具體流程為：脫脂→水洗→堿洗→水洗→酸洗→水洗，清理后烘干處理；

6、第三步：組對、裝夾，組對間隙小于0.01mm；

7、第四步：抽真空，進(jìn)行電子束焊接，控制加速電壓30kv，聚焦電流1600ma；

8、第五步：焊接后，在真空腔室冷卻5min后，取出樣品。

9、所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，在第三步中，將清理后的鎳基變形高溫合金箔材放置在水平工作臺上，為了避免焊接時(shí)因形變導(dǎo)致焊件發(fā)生偏移，將焊縫對準(zhǔn)上下襯墊的槽孔處，并通過金屬夾具夾緊襯墊，實(shí)現(xiàn)對焊件的裝配。

10、所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，在第四步中，對于0.03mm厚度箔材：電子束流0.15～0.2ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.12～0.16j/mm；對于0.05mm厚度箔材：電子束流0.3～0.4ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.2～0.3j/mm；對于0.08mm厚度箔材：電子束流1.1～1.3ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.9～1.1j/mm。

11、所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，對于厚度0.08mm的箔材，焊縫寬度0.4～0.7mm；對于厚度0.05mm的箔材，焊縫寬度0.1～0.2mm；對于厚度0.03mm的箔材，焊縫寬度0.1～0.15mm。

12、所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，鎳基變形高溫合金為gh3536合金，焊接接頭抗拉強(qiáng)度為母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。

13、本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：

14、航空發(fā)動機(jī)燃燒室、渦輪等結(jié)構(gòu)上用鎳基高溫合金gh3536箔材制備的薄壁鈑金件需要焊接連接，為防止焊道氧化、零件變形大以及產(chǎn)生未焊透、焊穿等一系列缺陷，本發(fā)明采用真空電子束焊接來獲得無焊接缺陷的焊縫并且實(shí)現(xiàn)焊縫強(qiáng)度與母材強(qiáng)度等強(qiáng)匹配，保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。首先，為了防止焊接變形，減少定位焊工序，提高焊接效率，設(shè)計(jì)槽型襯墊，并用裝配工裝將箔材壓緊固定；其二，控制真空電子束焊接的焊接速度，實(shí)現(xiàn)高速焊接，增加焊接效率的同時(shí)，使焊縫冷卻速度提高，改善焊縫金屬的結(jié)晶狀態(tài)，獲得致密均勻的組織，以此提升焊接接頭強(qiáng)度；其三，控制焊接熱輸入，得到寬度小、平坦、連續(xù)的焊縫，無需進(jìn)行后續(xù)打磨加工處理，并且避免出現(xiàn)粗晶區(qū)，防止惡化材料性能。綜上，本發(fā)明提出的一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，具有變形小，焊縫成型美觀，無裂紋、氣孔等缺陷，在優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)下，接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。

15、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

16、1.本發(fā)明提出的一種鎳基變形高溫合金gh3536箔材真空電子束焊接工藝，能量集中，功率密度高，熱輸入低，熱影響區(qū)小，變形小，焊接速度高。

17、2.本發(fā)明0.08mm厚度箔材焊縫寬度0.4～0.7mm，0.05mm厚度箔材焊縫寬度0.1～0.2mm，0.03mm厚度箔材焊縫寬度0.1～0.15mm，無裂紋、氣孔等缺陷，焊接過程穩(wěn)定。

18、3.本發(fā)明對微米尺度(30～80μm)gh3536合金箔材采用真空電子束焊接方法，通過優(yōu)化焊接工藝，得到成型良好、無氣孔、裂紋的優(yōu)良焊縫，并且焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。

技術(shù)特征：

1.一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，其特征在于，在第三步中，將清理后的鎳基變形高溫合金箔材放置在水平工作臺上，為了避免焊接時(shí)因形變導(dǎo)致焊件發(fā)生偏移，將焊縫對準(zhǔn)上下襯墊的槽孔處，并通過金屬夾具夾緊襯墊，實(shí)現(xiàn)對焊件的裝配。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，其特征在于，在第四步中，對于0.03mm厚度箔材：電子束流0.15～0.2ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.12～0.16j/mm；對于0.05mm厚度箔材：電子束流0.3～0.4ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.2～0.3j/mm；對于0.08mm厚度箔材：電子束流1.1～1.3ma，焊接速度36.7mm/s，焊接熱輸入0.9～1.1j/mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，其特征在于，對于厚度0.08mm的箔材，焊縫寬度0.4～0.7mm；對于厚度0.05mm的箔材，焊縫寬度0.1～0.2mm；對于厚度0.03mm的箔材，焊縫寬度0.1～0.15mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法，其特征在于，鎳基變形高溫合金為gh3536合金，焊接接頭抗拉強(qiáng)度為母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高溫合金箔材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航空發(fā)動機(jī)用鎳基變形高溫合金箔材真空電子束焊接方法。對微米尺度(30～80μm)鎳基變形高溫合金箔材采用真空電子束焊接方法，其流程為：焊接前對母材、襯墊等進(jìn)行化學(xué)清理→組對、裝夾→抽真空→進(jìn)行電子束焊接→在真空腔室冷卻，并對真空電子束焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到成型良好、無氣孔、裂紋的優(yōu)良焊縫，并且焊接接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材抗拉強(qiáng)度的95％以上。本發(fā)明不僅能夠使焊接穩(wěn)定、焊縫寬度均勻、飛濺小并且收弧飽滿，而且焊接接頭抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，具有結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：崔君軍,趙明久,姜海昌,戎利建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院金屬研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9