CN101704165B - 一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法 - Google Patents

Abstract

一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，火焰筒材质为Э∏648；首先对轻微烧蚀和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复裂纹，其次采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是：首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，然后清洗烘干；然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接；焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置；在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接的工艺参数具体是：焦距70mm和150mm，脉宽4ms，频率5Hz。本发明大大降低了发动机修理成本，修复操作达到了预期效果。

Description

一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别提供了一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法。 

背景技术

火焰筒是某大修机燃烧室中的重要热端部件之一，随着相关技术的不断进步，材料组织因工作时间的延长已发生了变化， 

某镍基变形高温合金环形机加火焰筒故障率较高，报废率达到20％以上，故障存在两个显著的特点，一是密集性裂纹，二是火焰筒在外壁孔边挡板有严重烧蚀和烧熔现象，为尽快完成修复操作，经研究发现： 

机加火焰筒烧蚀、烧熔现象明显增多，对严重部位采用氩弧焊修复的方法已不能满足修理要求，只有找出其它修理方法来解决火焰筒备件的需求。我们采用在高温下计算应力模型，对火焰筒工作状态下受环境问题影响发生变化的应力计算，分析裂纹产生的原因，及工作中裂纹变化情况，得出结论： 

1)火焰筒热应力与瞬态升温(及快速转换状态)强烈相关。 

2)火焰筒在瞬态升温过程温度差异大使得气膜挡板在温度平衡前局部产生压缩塑性变形，是造成气膜挡板裂纹萌生的主要因素。 

3)估计火焰筒疲劳裂纹萌生寿命应该考虑瞬态升温及快速转换状态过 程。 

4)火焰筒气膜挡板裂纹是由高温区扩展到低温区，其扩展速率可能逐渐降低。 

5)并列裂纹弯折扩展的可能性不大，但由于两条裂纹前方出现了相互连接的高应力区，如果材质不均匀或突然出现大的载荷波动有可能局部破坏造成裂纹连接而掉块。 

6)气膜挡板出现裂纹萌生，如果采用打豁口的方案降低裂纹扩展速率，除非打豁口除去整条裂纹(这样消除了裂纹尖端的奇异性)，否则没有多大作用。 

7)气膜挡板开槽可以大大降低气膜挡板出口处周向拉应力，但槽顶前缘会出现很强的应力集中。 

人们期望获得一种技术效果更好的镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果更好的镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法。 

本发明提供了一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，所述环形机加火焰筒材质为镍基变形高温合金Э∏648；所述Э∏648合金亦即X H 50B M T ЮБ-B И的化学成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：32～35％；W：4.3～5.3％；Ti：0.5～1.1％；Al：0.5～1.1％； Mo：2.3～3.3％；Nb：0.5～1.10％；C≤0.10％；Si≤0.40％；Mn≤0.50％；S≤0.010％；P≤0.015％；B≤0.008％；Ce≤0.030％；Fe≤4.0％；Ni：余量；其特征在于：所述环形机加火焰筒焊接修理方法依次具体要求如下： 

首先对轻微烧蚀处和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复，其次采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是： 

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，然后清洗烘干； 

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接；IMR-03镍基合金填料成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：18～25％；W：6～8％；Ti：1～3％；Al：1～3％；Mo：6～8％；微量元素≤0.5％；Ni：余量； 

焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置；在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接的工艺参数具体是：焦距70mm和150mm，脉宽4ms，频率5Hz。 

所述环形机加火焰筒焊接修理方法中，所述的激光熔敷焊接方法优选的具体要求是： 

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，分段直线化处理，打磨焊接处两侧的氧化物、烧蚀组织及其邻近的表面氧化物涂层，并采用酒精+丙酮清洗烘干； 

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料在脉冲激光焊机上进行堆焊，焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置； 

焊接过后机械修磨成形，进行着色检查、X光检测。 

所述环形机加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除的具体要求是： 

首先，在火焰筒第1段鱼鳞上将烧蚀区域切除；其次，同样在报废的火焰筒体上切下同样大小的无损伤片；再次，将无损伤片镶嵌在要修复的火焰筒切口处，采用激光焊定位和辅以定位夹具固定；最后采用同轴He-He光确定激光焊轨迹及其控制程序，确定无误后在氩气保护下激光连续填料IMR-03焊接； 

焊后机械修磨，着色检查，X光检测。 

通过对不同部位(参见附图)分别进行晶粒度(100倍)和高倍组织(500倍)观察，检查结果如下： 

1)正常部位切取的试样，无论是哪个位置晶粒度和组织基本无差异，如图3～6所示，晶粒度为4-5级，金相组织为细小的碳化物、γ’相、α-Cr相均匀分布于晶内。 

2)烧蚀较重部位(参见附图7～10)，位置2处晶粒度为5级左右，组织为细小的碳化物、γ’相、α-Cr相均匀分布于晶内，与正常部位组织比较未见差异；位置1处边缘晶界有氧化加粗现象，晶内化合物相与正常部位组织比较明显减少，晶界碳化物长大，晶粒未见明显长大。 

通过对高温下计算应力模型，对火焰筒工作状态下受环境问题影响发 生变化的应力计算，分析裂纹产生的原因，及工作中裂纹变化情况；经过对不同寿命期的材料组织分析，材料成分相同，但材料的晶粒度增大明显，碳化物析出较大，再采用氩弧焊带来困难，为此提出新的激光焊接修复技术方案，对于烧熔、烧蚀严重部位和裂纹密集部位提出原位切割原位镶块激光焊接一次完成的新工艺方法来解决。 

通过采用激光焊接和原位切割原位焊接的修理方法，可以解决某大修发动机机加火焰筒由于烧熔、烧蚀及密集性裂纹故障的排除，降低发动机修理成本，满足发动机修理需要。 

本发明可以解决某大修发动机机加火焰筒由于烧熔、烧蚀及密集性裂纹故障的排除，降低发动机修理成本，满足发动机修理需要。 

为此我们特地选用激光熔敷的焊接方法来修复机加火焰筒烧蚀严重部位，经工艺试验确定了修复方法；修复操作达到了预期效果。 

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明： 

图1为环形机加火焰筒烧蚀状况示意图之一； 

图2为环形机加火焰筒烧蚀状况示意图之二； 

图3为环形机加火焰筒3#-1-1正常部位金相组织(100×)； 

图4为环形机加火焰筒3#-1-2正常部位金相组织(500×)； 

图5为环形机加火焰筒3#-2-1正常部位金相组织(100×)； 

图6为环形机加火焰筒3#-2-2正常部位金相组织(500×)； 

图7为环形机加火焰筒4#-1-1烧蚀较重部位金相组织(100×)； 

图8为环形机加火焰筒4#-1-2烧蚀较重部位金相组织(500×)； 

图9为环形机加火焰筒4#-2-1烧蚀较重部位金相组织(100×)； 

图10为环形机加火焰筒4#-2-2烧蚀较重部位金相组织(500×)。 

具体实施方式

实施例1 

一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，所述环形机加火焰筒材质为镍基变形高温合金Э∏648；所述Э∏648合金亦即X H50B M T ЮБ-B И的化学成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：32～35％；W：4.3～5.3％；Ti：0.5～1.1％；Al：0.5～1.1％；Mo：2.3～3.3％；Nb：0.5～1.10％；C≤0.10％；Si≤0.40％；Mn≤0.50％；S≤0.010％；P≤0.015％；B≤0.008％；Ce≤0.030％；Fe≤4.0％；Ni：余量；所述环形机加火焰筒焊接修理方法依次具体要求如下： 

首先对轻微烧蚀处和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复裂纹，其次采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是： 

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，分段直线化处理，打磨焊接处两侧的氧化物、烧蚀组织及其邻近的表面氧化物涂层，并采用酒精+丙酮清洗烘干； 

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料在脉冲激光焊机进行堆焊； IMR-03镍基合金填料成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：18～25％；W：6～8％；Ti：1～3％；Al：1～3％；Mo：6～8％；微量元素≤0.5％；Ni：余量； 

焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置；在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接的工艺参数具体是：焦距70mm和150mm，脉宽4ms，频率5Hz。 

焊接过后机械修磨成形，进行着色检查、X光检测。 

所述环形机加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除的具体要求是： 

首先，在火焰筒第1段鱼鳞上将烧蚀区域切除；其次，同样在报废的火焰筒体上切下同样大小的无损伤片；再次，将无损伤片镶嵌在要修复的火焰筒切口处，采用激光焊定位和辅以定位夹具固定；最后采用同轴He-He光确定激光焊轨迹及其控制程序，确定无误后在氩气保护下激光连续填料IMR-03焊接； 

焊后机械修磨，着色检查，X光检测。 

实施例2 

本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于： 

首先对轻微烧蚀处和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复，其次采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是： 

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，然后清洗烘干； 

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接；IMR-03镍基合金填料成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：18～25％；W：6～8％；Ti：1～3％；Al：1～3％；Mo：6～8％；微量元素≤0.5％；Ni：余量； 

焊接时采用光学聚焦系统和氩气保护装置；在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接的工艺参数具体是：焦距70mm和150mm，脉宽4ms，频率5Hz。 

Claims (3)

1.一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，所述环形机加火焰筒材质为镍基变形高温合金Э∏648；所述Э∏648合金亦即XH 50 B M TЮБ-BИ的化学成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：32～35％；W：4.3～5.3％；Ti：0.5～1.1％；Al：0.5～1.1％；Mo：2.3～3.3％；Nb：0.5～1.10％；C≤0.10％；Si≤0.40％；Mn≤0.50％；S≤0.010％；P≤0.015％；B≤0.008％；Ce≤0.030％；Fe≤4.0％；Ni：余量；其特征在于：所述环形机加火焰筒焊接修理方法依次具体要求如下：

首先对轻微烧蚀处和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复裂纹，其次采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是：

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，然后清洗烘干；

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接；IMR-03镍基合金填料成分以及质量百分比含量要求具体是：Cr：18～25％；W：6～8％；Ti：1～3％；Al：1～3％；Mo：6～8％；微量元素≤0.5％；Ni：余量；

焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置；在坡口处填加IMR-03镍基合金填料进行焊接的工艺参数具体是：焦距70mm和150mm，脉宽4ms，频率5Hz。

2.按照权利要求1所述镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，其特征在于：所述环形机加火焰筒焊接修理方法中，所述的激光熔敷焊接方法具体要求是：

首先对需补焊的裂纹处开坡口，进行清理打磨，分段直线化处理，打 磨焊接处两侧的氧化物、烧蚀组织及其邻近的表面氧化物涂层，并采用酒精+丙酮清洗烘干；

然后在坡口处填加IMR-03镍基合金填料在脉冲激光焊机上进行堆焊，焊接时采用两种光学聚焦系统和氩气保护装置；

焊接过后机械修磨成形，进行着色检查、X光检测。

3.按照权利要求2所述镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法，其特征在于：所述环形机加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除的具体要求是：

首先，在火焰筒第1段鱼鳞上将烧蚀区域切除；其次，同样在报废的火焰筒体上切下同样大小的无损伤片；再次，将无损伤片镶嵌在要修复的火焰筒切口处，采用激光焊定位和辅以定位夹具固定；最后采用同轴He-He光确定激光焊轨迹及其控制程序，确定无误后在氩气保护下激光连续填料IMR-03焊接；

焊后机械修磨，着色检查，X光检测。 

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