Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后焊縫高溫開裂的固溶工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防止??3Α1導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后焊縫高溫開裂的固溶工藝，屬于航空關(guān)鍵部件焊接修復(fù)領(lǐng)域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料補(bǔ)焊的Ti3Al鑄件焊縫的固溶處理。
【背景技術(shù)】
[0002]我國某型發(fā)動(dòng)機(jī)具有高推重比、不加力超音速巡航、矢量推力等特點(diǎn)，目前已進(jìn)入驗(yàn)證機(jī)研制階段。該發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)中，將采用Ti3Al基合金代替GH4169合金，可減輕渦輪部件結(jié)構(gòu)20 %的重量，減重效果非常明顯。低壓渦輪導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)屬于多凸臺(tái)、多孔、半封閉環(huán)形內(nèi)孔的變壁厚環(huán)形件，該構(gòu)件復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致制備難度非常大。由于Ti3Al基合金塑韌性相對(duì)較差、成形難度大等缺點(diǎn)的存在，不可避免會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)在制備過程中出現(xiàn)鑄造、裂紋等缺陷，需要采用補(bǔ)焊措施修復(fù)零件缺陷，而Ti3Al零件的補(bǔ)焊，難度很大，已經(jīng)成為低壓渦輪導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)研制過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]采用氬弧焊補(bǔ)焊技術(shù)，設(shè)計(jì)焊前預(yù)熱工裝，優(yōu)選Ti2AlNb作為焊接填充材料，對(duì)導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)缺陷進(jìn)行了成功補(bǔ)焊，經(jīng)熒光和X射線檢測無裂紋、未熔合缺陷，室溫拉伸強(qiáng)度達(dá)到母材的90%以上；但在650°C高溫拉伸時(shí)，強(qiáng)度不到母材的50%，接頭脆性斷裂，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后經(jīng)過高溫循環(huán)(500°C以上)，焊縫沿晶界開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是防止補(bǔ)焊焊縫高溫晶界裂紋的出現(xiàn)，改善Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊焊縫的高溫性能。為此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種有效防止Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后焊縫高溫開裂的固溶工藝，用于采用Ti2AlNb填充材料補(bǔ)焊的Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)焊縫的固溶處理。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案是
[0006]該方法的步驟是:
[0007](1)將補(bǔ)焊后的導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)放入感應(yīng)加熱爐中，針對(duì)補(bǔ)焊點(diǎn)尺寸和位置，設(shè)計(jì)感應(yīng)線圈，線圈直徑為補(bǔ)焊點(diǎn)直徑的3倍以上，線圈匝數(shù)3?7匝，要求線圈能置于距補(bǔ)焊點(diǎn)表面2?5_處，并且線圈圓周面與焊點(diǎn)表面基本平行，然后將S熱電偶點(diǎn)焊在補(bǔ)焊點(diǎn)5_范圍之內(nèi)，用于測試焊點(diǎn)實(shí)際溫度；
[0008](2)關(guān)閉爐門，對(duì)感應(yīng)爐抽真空至1?2Pa后，反充氬氣至常壓；
[0009](3)調(diào)節(jié)功率，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行加熱，要求在3?lOmin之內(nèi)使補(bǔ)焊位置溫度升到980?1020°C，后保溫10?20min，對(duì)補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，隨后關(guān)閉加熱；
[0010](4)按以上步驟對(duì)所有補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，處理完后取出導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)。
[0011]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明采用專用的固溶處理工藝:用感應(yīng)加熱的方法對(duì)補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行980?1020°C X 10?20min的快速固溶處理，處理后的Ti3Al鑄件補(bǔ)焊焊縫經(jīng)500 V?700 V高溫循環(huán)后，熒光檢測無裂紋缺陷，且在600 °C、650 °C和700 °C的高溫拉伸性能接近于母材性能，顯著改善了 Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊接頭高溫性能，為Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)的工程化應(yīng)用解決了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下將結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳述:
[0013](1)首先確定Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)上補(bǔ)焊點(diǎn)的數(shù)量、大小和位置，根據(jù)補(bǔ)焊點(diǎn)大小和位置，制作不同規(guī)格、不同形狀和不同匝數(shù)的感應(yīng)線圈，原則上要求線圈直徑為補(bǔ)焊點(diǎn)直徑的3倍以上，線圈匝數(shù)3?7匝，焊點(diǎn)直徑越大，匝數(shù)越多，同時(shí)因?yàn)閷?dǎo)葉內(nèi)環(huán)形狀較為復(fù)雜，要求線圈延長段設(shè)計(jì)為不同形狀以滿足線圈能置于距補(bǔ)焊點(diǎn)表面2?5mm處，并且線圈圓周面與焊點(diǎn)表面基本平行；
[0014](2)將補(bǔ)焊后的導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)放入感應(yīng)加熱爐中，將設(shè)計(jì)好的線圈置于距補(bǔ)焊點(diǎn)表面2?5mm處，然后將S熱電偶點(diǎn)焊在補(bǔ)焊點(diǎn)附近，約5mm范圍之內(nèi)，用于測試焊點(diǎn)實(shí)際溫度；
[0015](3)關(guān)閉爐門，對(duì)感應(yīng)爐抽真空至1?2Pa后，反充氬氣至常壓；
[0016](4)調(diào)節(jié)功率，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行加熱，要求在3?lOmin之內(nèi)使補(bǔ)焊位置溫度升到980?1020°C，后保溫10?20min，對(duì)補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，隨后關(guān)閉加熱；
[0017](5)按以上步驟對(duì)所有補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，處理完后取出導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)。
[0018]具體實(shí)例一
[0019]對(duì)Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理
[0020]1.導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)鑄件補(bǔ)焊點(diǎn)情況確認(rèn)
[0021]某型發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證機(jī)低壓渦輪導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)為Ti3Al鑄件，其屬于多凸臺(tái)、多孔、半封閉環(huán)形內(nèi)孔的變壁厚環(huán)形件，在6個(gè)不同位置:分別為內(nèi)安裝邊、輻板、輻板與D字腔交界、D字腔、D字腔與外安裝邊交界、外安裝邊，進(jìn)行了補(bǔ)焊。
[0022]2.修復(fù)過程和檢查
[0023]對(duì)導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)上的補(bǔ)焊點(diǎn)按上面所述順序依次做好標(biāo)號(hào)1#?6# ;針對(duì)這些補(bǔ)焊點(diǎn)的大小、位置制作6種感應(yīng)線圈，對(duì)應(yīng)編號(hào)為1#?6# ;將導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)放入感應(yīng)加熱爐，調(diào)整好位置，首先對(duì)1#補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，將1#感應(yīng)線圈安裝好，置于距1#補(bǔ)焊點(diǎn)2mm處，將S熱電偶點(diǎn)焊在1#補(bǔ)焊點(diǎn)附近以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測試補(bǔ)焊點(diǎn)溫度，關(guān)閉爐門，對(duì)感應(yīng)爐抽真空至1?2Pa后，反充氬氣至常壓，調(diào)節(jié)功率，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行加熱，6min后補(bǔ)焊點(diǎn)溫度升到1010°C，后保溫10?20min，隨后關(guān)閉加熱；按以上步驟依次對(duì)2#?6#補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，處理完后取出導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明技術(shù)方案處理的導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)經(jīng)500?700°C高溫循環(huán)后無裂紋缺陷，高溫拉伸性能與母材相當(dāng)，且過程操作方便，工藝穩(wěn)定，重復(fù)性好，技術(shù)成熟。可進(jìn)行廣泛推廣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種防止Ti 3A1導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后焊縫高溫開裂的固溶工藝，其特征在于:該方法的步驟是: (1)將補(bǔ)焊后的導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)放入感應(yīng)加熱爐中，針對(duì)補(bǔ)焊點(diǎn)尺寸和位置，設(shè)計(jì)感應(yīng)線圈，線圈直徑為補(bǔ)焊點(diǎn)直徑的3倍以上，線圈匝數(shù)3?7匝，要求線圈能置于距補(bǔ)焊點(diǎn)表面2?5_處，并且線圈圓周面與焊點(diǎn)表面基本平行，然后將S熱電偶點(diǎn)焊在補(bǔ)焊點(diǎn)5_范圍之內(nèi)，用于測試焊點(diǎn)實(shí)際溫度； (2)關(guān)閉爐門，對(duì)感應(yīng)爐抽真空至1?2Pa后，反充氬氣至常壓； (3)調(diào)節(jié)功率，對(duì)補(bǔ)焊位置進(jìn)行加熱，要求在3?lOmin之內(nèi)使補(bǔ)焊位置溫度升到980?1020°C，后保溫10?20min，對(duì)補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，隨后關(guān)閉加熱； (4)按以上步驟對(duì)所有補(bǔ)焊點(diǎn)進(jìn)行固溶處理，處理完后取出導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防止Ti3Al導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)補(bǔ)焊后焊縫高溫開裂的固溶工藝，屬于航空關(guān)鍵部件焊接修復(fù)領(lǐng)域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料補(bǔ)焊的Ti3Al鑄件焊縫的固溶處理。該工藝方法針對(duì)采用Ti2AlNb填充材料補(bǔ)焊的Ti3Al鑄件焊縫，采用感應(yīng)加熱的方法對(duì)補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行980～1020℃×10～20min的快速固溶處理，處理后的Ti3Al鑄件補(bǔ)焊焊縫經(jīng)500℃～700℃高溫循環(huán)后無裂紋缺陷，且在600℃、650℃和700℃的高溫拉伸性能接近于母材性能。
【IPC分類】C21D9/50
【公開號(hào)】CN105400946
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510717007
【發(fā)明人】孫兵兵, 陳波, 張學(xué)軍, 郭紹慶, 秦仁耀, 李萬青
【申請(qǐng)人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日