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异种金属激光焊接关键问题研究(二)

导读: 高温合金有钛合金、镍基合金等,主要用于航空发动机以及柴油机涡轮增压器等设备中。

  3.1.5高温合金激光焊接

  高温合金有钛合金、镍基合金等,主要用于航空发动机以及柴油机涡轮增压器等设备中。钛及钛合金由于其化学活性大、熔点高、热容最小、热导率小、冷冽倾向大、易产生气孔等原因使得可焊性非常差。北京航空航天大学朱颖等针对采用Ti基快速凝固钎料对TiAl基合金和42CrMo钢的真空钎焊进行研究,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对接头组织进行了分析,确定了快速凝固钎精在界面层中的生成相。指出:在TiAl基合金和42CrMo钢的真空钎焊试验中,随着保温时间的延长,接头强度略有提高,但变化不大;在970℃15min时生成了TiCu,TiC,TiNi和Fe4Cu3相;在970℃30min和970℃60min时,生成了TiCu,TiC,TiNi,TiAl和Fe4Cu3相。

  发动机涡轮增压器涡轮叶盘材料镍基沉淀铸造高温合金(K418)由于高的Al,Ti含量,焊接时热裂纹敏感性强;涡轮轴材料42CrMo由于高的碳含量,焊接时热淬性高,且焊缝区域和热影响区易出现脆化。二者可焊接很差。中国科学院力学研究所激光热工工艺力学实验室庞铭等针对这一问题,提出了K418与42CrMo激光深熔焊方法。实验表明,K418与42CrMo激光穿透焊接有X形和T形两种典型的焊缝形貌,且焊缝形貌是不对称的。随着焊接速度的提高,焊接线能量降低,焊缝尺寸变小,且焊缝上部尺寸变化比下部尺寸变化慢,焊缝形貌由X形过渡到T形。当离焦量在瑞利长度范围内时,焊缝正面宽度变化很小;当离焦量超出瑞利长度范围时,在足够高的激光功率密度下,焊缝正面宽度快速增加。通过工艺参数优化获得焊缝形貌如图5所示。

  图542CrMo与K418焊缝形貌

  提出了K418与42CrMo异种金属激光焊接焊缝底部局部未熔合机制,即“K418与42CrMo异种金属热物性参数的差异会导致激光深熔焊接的临界功率密度范围有差异;当在匙孔底部的激光功率密度范围介于K418与4ZCrMo临界气化功率密度范围之间,匙孔会发生偏移;当在匙孔底部的激光功率密度介于K418与42CrMo热传导焊接下临界功率密度范围之间时焊缝会发重偏移”。

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