INCO718高溫合金釬焊工藝研究

對于高溫合金，把合金元素及化合物充分固溶于基體內(nèi)，才能獲得良好的高溫性能。本文主要介紹了INCO718 高溫合金的應(yīng)用及工藝特點(diǎn)，并對該材料的焊接性能進(jìn)行了深入的研究分析，總結(jié)出高溫合金表面氧化問題、釬焊熱循環(huán)的影響、釬料與釬焊金屬成分的影響、焊縫間隙和釬料量的多少、釬焊溫度的影響以及真空釬焊設(shè)備的性能，都將直接決定著INCO718 高溫合金釬焊接頭的焊接質(zhì)量。本文著重闡述了高溫合金表面氧化問題的解決和不同牌號的釬料對于高溫合金釬焊質(zhì)量的影響。

釬焊是一種古老的連接方法,經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程,在各種焊接方法發(fā)明后,曾出現(xiàn)用其他焊接方法代替釬焊的趨勢。然而,近幾十年,釬焊在現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)上獲得了極大的發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。無論在釬焊方法上, 還是釬料及釬劑成份上都不斷有新的進(jìn)展。它在航天、航空、汽車、化工、機(jī)械、電子和家電以及吞噬星空等軍用、民用工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用, 是當(dāng)今高技術(shù)中一項(xiàng)精密的連接技術(shù)。釬焊與熔焊、壓焊共同構(gòu)成了現(xiàn)代焊接技術(shù)的三大主要組成部分。

釬焊是通過將零件和釬料加熱，使液相線溫度比母材固相線溫度低的釬料熔化，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互溶解和擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接零件的方法。同熔焊方法相比，釬焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 釬焊接頭平整光滑，外形美觀。

(2) 釬焊加熱溫度較低，對母材組織和性能的影響較小。

(3) 焊件變形較小，尤其是采用均勻加熱(如爐中釬焊) 的釬焊方法，焊件的變形可減小到z*低程度，容易保證焊件的尺寸精度。

(4) 某些釬焊方法一次可焊成幾十條或成百條釬縫，生產(chǎn)率高。

(5) 可以實(shí)現(xiàn)異種金屬或合金間以及金屬與非金屬間的連接。

1、高溫合金釬焊的特點(diǎn)及工藝要點(diǎn)

1.1、釬焊特點(diǎn)

對于高溫合金，把合金元素及化合物充分固溶于基體內(nèi)，才能獲得良好的高溫性能。因此，高溫合金釬焊溫度應(yīng)與其固溶、擴(kuò)散溫度相一致，并對溫度要嚴(yán)格控制。而釬焊保溫時間要適當(dāng)長一些，以保證釬料組分向基體材料充分?jǐn)U散和溶解。如果溶解于基體中的合金元素和化合物在冷卻過程中析出量較多，則會削弱其強(qiáng)化作用，因此釬焊后冷卻速率要適當(dāng)快一些。這類合金釬焊之后，大部分還要進(jìn)行擴(kuò)散、失效或退火處理。

1.2、釬焊的工藝要點(diǎn)

(1) 高溫合金釬焊之前，要認(rèn)真去除表面氧化物。

(2) 高溫合金釬焊溫度一般要盡可能與其熱處理制度相一致。如果材料熱處理制度無特殊要求，可根據(jù)使用的釬料確定釬焊溫度。

(3) 真空度應(yīng)控制在10- 2 Pa 以上，以防止高溫合金表面在加熱過程中形成新的氧化物。

(4) 釬焊后冷卻條件要根據(jù)其熱處理制度而確定。

2、INCO718高溫合金焊接性研究

INCO718，性能特點(diǎn)：在650℃以下有屈服強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn)，并有較高的耐蝕、耐輻照和抗氧化性能。焊接性好，易于成形。

適用于：深冷下（- 196℃~- 253℃）的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料，以及350℃~700℃工作的抗氧化熱強(qiáng)材料、反應(yīng)堆中的抗輻照結(jié)構(gòu)材料。

這種令人神往的合金是由國際鎳公司于1959 年在其位于紐約州Suffern 的實(shí)驗(yàn)室和位于西弗吉尼亞州Huntington 的工廠開發(fā)出來的。合金加鈮是為了提高在高溫條件下合金的強(qiáng)度。強(qiáng)化機(jī)理在于合金熱處理時，鎳基體中析出金屬間化合物（Ni3Nb）。雖然還有其他的強(qiáng)化手段，但人們發(fā)現(xiàn)鈮可以防止機(jī)件在z*終加工時，尤其在焊接時出現(xiàn)應(yīng)力裂紋。因?yàn)殁墝r效反應(yīng)緩慢，機(jī)件在產(chǎn)生裂紋之前可以加熱消除應(yīng)力。

INCO718 材料是一種以鈮和鋁、鈦進(jìn)行沉淀強(qiáng)化的合金，在低溫和700℃以下具有很高的屈服強(qiáng)度和較高的持久強(qiáng)度，并且具有較好的組織穩(wěn)定性，成型性，焊接性能良好，焊后在930℃～980℃退火消除應(yīng)力。其化學(xué)成分見表1。目前，隨著INCO718 材料應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，該合金已得到了迅速的發(fā)展。INCO718 材料主要用于700℃以下工作的航空發(fā)動機(jī)上復(fù)雜的鈑金焊接件、壓氣機(jī)盤、渦輪盤和葉片、機(jī)匣等，火箭發(fā)動機(jī)部件及低溫和超低溫結(jié)構(gòu)件。如火箭發(fā)動機(jī)燃料室、燃料導(dǎo)管、渦輪泵等。

表1 INCO718 材料的化學(xué)成分

5、結(jié)論

合理的焊接過程控制和優(yōu)化的焊接參數(shù)等工藝系統(tǒng)對零件的焊接質(zhì)量具有決定作用。

（a）嚴(yán)格清理零件；

（b）零件表面鍍鎳；

（c） 釬料應(yīng)使用AMS4777+B50TF17 的混合膏狀釬料配合AMS4777 膏狀釬料焊接環(huán)焊縫，AMS4777 粘帶釬料配合AMS4777 膏狀釬料焊接蜂窩結(jié)構(gòu)；

（d）釬焊真空度優(yōu)于1×10- 2 Pa；

（e）釬焊溫度為1035±5℃；

（f）焊接保溫時間為15±3 min；

（g） 冷卻方式為隨爐冷至980℃之后回充0.13 Pa 的氬氣進(jìn)行冷卻，冷至低于60℃出爐；

（h） 必須使用工件熱電偶監(jiān)控工件的實(shí)際溫度。

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