CN105400946B - 一种防止Ti3Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止Ti₃Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，属于航空关键部件焊接修复领域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti₃Al铸件焊缝的固溶处理。该工艺方法针对采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti₃Al铸件焊缝，采用感应加热的方法对补焊焊缝进行980～1020℃×10～20min的快速固溶处理，处理后的Ti₃Al铸件补焊焊缝经500℃～700℃高温循环后无裂纹缺陷，且在600℃、650℃和700℃的高温拉伸性能接近于母材性能。

Description

一种防止Ti3Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺

技术领域

本发明涉及一种防止Ti3Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，属于航空关键部件焊接修复领域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti3Al铸件焊缝的固溶处理。

背景技术

我国某型发动机具有高推重比、不加力超音速巡航、矢量推力等特点，目前已进入验证机研制阶段。该发动机低压涡轮导叶内环设计中，将采用Ti₃Al基合金代替GH4169合金，可减轻涡轮部件结构20％的重量，减重效果非常明显。低压涡轮导叶内环属于多凸台、多孔、半封闭环形内孔的变壁厚环形件，该构件复杂的结构导致制备难度非常大。由于Ti₃Al基合金塑韧性相对较差、成形难度大等缺点的存在，不可避免会导致导叶内环在制备过程中出现铸造、裂纹等缺陷，需要采用补焊措施修复零件缺陷，而Ti₃Al零件的补焊，难度很大，已经成为低压涡轮导叶内环研制过程中的一项关键技术。

采用氩弧焊补焊技术，设计焊前预热工装，优选Ti2AlNb作为焊接填充材料, 对导叶内环缺陷进行了成功补焊，经荧光和X射线检测无裂纹、未熔合缺陷，室温拉伸强度达到母材的90％以上；但在650℃高温拉伸时，强度不到母材的50％，接头脆性断裂，经分析发现Ti₃Al导叶内环补焊后经过高温循环(500℃以上)，焊缝沿晶界开裂。

发明内容

本发明的目的是防止补焊焊缝高温晶界裂纹的出现，改善Ti₃Al导叶内环补焊焊缝的高温性能。为此本发明设计了一种有效防止Ti₃Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti₃Al导叶内环焊缝的固溶处理。

本发明技术方案是

该方法的步骤是：

(1)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，针对补焊点尺寸和位置，设计感应线圈，线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3～7匝，要求线圈能置于距补焊点表面2～5mm处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行，然后将S 热电偶点焊在补焊点5mm范围之内，用于测试焊点实际温度；

(2)关闭炉门，对感应炉抽真空至1～2Pa后，反充氩气至常压；

(3)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3～10min之内使补焊位置温度升到980～1020℃，后保温10～20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热；

(4)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。

本发明具有的优点和有益效果，本发明采用专用的固溶处理工艺：用感应加热的方法对补焊焊缝进行980～1020℃×10～20min的快速固溶处理，处理后的Ti₃Al 铸件补焊焊缝经500℃～700℃高温循环后，荧光检测无裂纹缺陷，且在600℃、 650℃和700℃的高温拉伸性能接近于母材性能，显著改善了Ti₃Al导叶内环补焊接头高温性能，为Ti₃Al导叶内环的工程化应用解决了一项关键技术。

具体实施方式

以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述：

(1)首先确定Ti₃Al导叶内环上补焊点的数量、大小和位置，根据补焊点大小和位置，制作不同规格、不同形状和不同匝数的感应线圈，原则上要求线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3～7匝，焊点直径越大，匝数越多，同时因为导叶内环形状较为复杂，要求线圈延长段设计为不同形状以满足线圈能置于距补焊点表面2～5mm处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行；

(2)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，将设计好的线圈置于距补焊点表面2～5mm处，然后将S热电偶点焊在补焊点附近，约5mm范围之内，用于测试焊点实际温度；

(3)关闭炉门，对感应炉抽真空至1～2Pa后，反充氩气至常压；

(4)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3～10min之内使补焊位置温度升到980～1020℃，后保温10～20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热；

(5)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。

具体实例一

对Ti₃Al导叶内环补焊点进行固溶处理

1.导叶内环铸件补焊点情况确认

某型发动机验证机低压涡轮导叶内环为Ti₃Al铸件，其属于多凸台、多孔、半封闭环形内孔的变壁厚环形件，在6个不同位置：分别为内安装边、辐板、辐板与D字腔交界、D字腔、D字腔与外安装边交界、外安装边，进行了补焊。

2.修复过程和检查

对导叶内环上的补焊点按上面所述顺序依次做好标号1#～6#；针对这些补焊点的大小、位置制作6种感应线圈，对应编号为1#～6#；将导叶内环放入感应加热炉，调整好位置，首先对1#补焊点进行固溶处理，将1#感应线圈安装好，置于距1#补焊点2mm处，将S热电偶点焊在1#补焊点附近以实时准确测试补焊点温度，关闭炉门，对感应炉抽真空至1～2Pa后，反充氩气至常压，调节功率，对补焊位置进行加热，6min后补焊点温度升到1010℃，后保温10～20min，随后关闭加热；按以上步骤依次对2#～6#补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。

与现有技术相比，采用本发明技术方案处理的导叶内环经500～700℃高温循环后无裂纹缺陷，高温拉伸性能与母材相当，且过程操作方便，工艺稳定，重复性好，技术成熟。可进行广泛推广。

Claims (1)

1.一种防止Ti₃Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，其特征在于：该方法的步骤是：

(1)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，针对补焊点尺寸和位置，设计感应线圈，线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3～7匝，要求线圈能置于距补焊点表面2～5mm处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行，然后将S热电偶点焊在补焊点5mm范围之内，用于测试焊点实际温度；

(2)关闭炉门，对感应炉抽真空至1～2Pa后，反充氩气至常压；

(3)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3～10min之内使补焊位置温度升到980～1020℃，后保温10～20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热；

(4)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。