K465鎳基合金葉片電子束釬焊修復及裂紋控制研究.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一直是連接領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進行了研究。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，在焊接過程會產生較大的熱應力，焊后接頭極易產生裂紋。因此，在綜合分析接頭界面反應產物含量及分布規(guī)律的基礎上，結合焊接熱應力的分布特征，針對 K465鎳基高溫合金葉片的修復，提出了一種控制熱輸入的電子束釬焊修復方法，實現了 K46

2、5鎳基高溫合金葉片電子束釬焊的無裂紋修復。
　　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鍵問題，考慮電子束釬焊 K465合金對釬料的性能要求，采用機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性能的研究，選擇了自制1號釬料進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產物的分析，發(fā)現電子束釬焊的工藝參數對界面反應產物的形成和分布有直接影響。焊接修復的界面共生成五種反應產物，它們分別是：鎳基γ固溶體、Ni2Si、Ni3B、Ni3Si和Ni3Al相。
　　試驗結果表明，當電子束釬焊工藝參數改變時，接頭界面產物的種類并未發(fā)生改變，但對界面產物的形態(tài)與數量影響較大。當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。
　　研究了工藝參數對接頭抗拉強度和斷裂部位的影響。結果表明，接頭的抗拉強度隨著束流和加熱時間的增加而升高，當強度達到最大值后，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，接頭的最大抗拉強度為760MPa，可達母材強度的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接頭極易產生裂紋，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生裂紋。
　　通過對開非貫通槽葉片模擬件的分析，得到了產生宏觀裂紋所對應的冷卻時間，并計算了此時的溫度和應

6、力分布，發(fā)現距試件中心1.3~2.4mm是應力集中區(qū)域，且沿Y軸σY方向比X軸σX方向應力值較大，最高可達935MPa，裂紋絕大多數均沿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方向的應力分布，發(fā)現相同位置具有貫通槽試件的應力小于非貫通槽試件。室溫時由于接頭中仍有826MPa的殘余拉應力，從而使開貫通槽試件接頭在低應力下拉伸斷裂。
　　根據上述研究結果，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方法：即采用焊前逐級增加束流的預熱和焊后逐級減少束流的方式調控焊接熱循環(huán)曲線，緩解和釋放熱應力。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無宏觀裂紋接頭。并采用X射線衍射技術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方法實現了 K465鎳基高溫合金非貫通槽和貫通槽葉片的無裂紋修復。對修復后的葉片進行X射線探傷，結果