CN106425021A

CN106425021A - 一种适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺

Info

Publication number: CN106425021A
Application number: CN201610316991.3A
Authority: CN
Inventors: 魏剑辉; 陈博文; 陆敏
Original assignee: Shanghai Wanze Precision Casting Co Ltd
Current assignee: Shanghai Wanze Precision Casting Co Ltd
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明涉及一种适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，该工艺适于Ti元素的质量百分比不超过5.2%，Al元素的质量百分比不超过6.5%的镍基铸造高温合金铸件的焊补；在焊补之前，将去除了缺陷部位的铸件进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的保温温度不低于1205℃，不高于所述铸件熔点温度的93%，保温时间不低于10小时，以使铸件生成高温组织；铸件均匀化热处理后的冷却速度不小于30℃/分钟，以确保合金的高温组织得以保留，以阻止焊补时裂纹的产生，避免了多次焊补，有效提高焊补效率。

Description

一种适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺

技术领域

本发明涉及一种适用于高钛、铝含量适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺。

背景技术

镍基高温合金是航空发动机的关键材料，具有优异的耐热性及耐腐蚀性，具有组织稳定、工作温度高、合金化能力强等特点，目前已成为航空航天、军工、舰艇燃气机、火箭发动机所必须的重要金属材料，同时在高温化学、原子能工业及地面涡轮等领域得到了广泛的应用。

铝、钛是高温镍基合金中的主要强化元素，合金中大约会有80％的Al和90％的Ti与Ni形成-Ni₃Al相来强化基体。高钛、铝含量的铸造镍基高温合金更是由于存在大量长程有序的强化相，具有良好的高温机械性能（大于700℃）。这类合金一般用于承受高负荷、中高温环境的零件，如：涡轮导向装置、涡轮叶片及喷嘴等。

高温合金在铸造过程中难免形成局部缺陷，通常通过挖去缺陷部分然后焊补的方法修复。焊接过程是一个快速加热和冷却的过程，焊接熔池在凝固过程中液态金属的过冷度很大，属于非平衡凝固，再加上高铝、钛含量的镍基高温合金成分复杂，极易在熔池凝固过程中形成严重的元素偏析。高铝、钛含量的镍基高温合金自身存在的大量强化相，以及焊缝及热影响区处形成的组织偏析、析出脆性相以及其他缺陷，将会导致焊接接头力学性能及高温持久性下降，焊接后极易出现裂纹，无法满足使用要求，往往需要多次返工重新焊接，焊补效率较低；然而对于大型铸件而言，其热处理次数是受到限制的，多次热处理会严重影响其性能。

众所周知，热处理是改善合金的微观组织和性能的重要手段，通过在不同加热温度、保温时间以及冷却速度下进行焊后热处理可以实现消除焊接应力，调节成分偏析，控制合金的晶粒大小以及合金强化相和析出相的形态、数量和尺寸，甚至可以达到改善合金的晶界状态的目的。虽然国内外学者针对镍基高温合金以及其焊接接头的热处理工艺做了大量的研究，但是这些研究多是针对焊后热处理，并且高钛、铝含量的镍基高温合金焊接性能不佳的缺点依然未得到有效改善。因此，提供一种焊后无裂纹、效率高的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种焊后无裂纹、效率高的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺。

为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，在焊补之前，将去除了缺陷部位的铸件进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的保温温度不低于1205℃，不高于所述铸件熔点温度的93%，保温时间不低于10小时，以使铸件生成高温组织；铸件均匀化热处理后的冷却速度不小于30℃/分钟，以确保合金的高温组织得以保留。

进一步，上述镍基铸造高温合金的化学成分及其质量百分比包括： Cr 8.0~35.0%； Co 0.5~21.0%； Ti≤5.2%；Al≤6.5%；Ni 32.3~90.0%。

进一步，在对铸件进行均匀化热处理之前，根据需要焊补的铸件选用符合要求的焊丝，将铸件的缺陷部位进行去除，加工出焊接坡口。

进一步，加工出的焊接坡口呈V型设置，焊补之前对坡口及其内外壁两侧用丙酮进行清理，利于焊补。

进一步，在对铸件进行均匀化热处理之后，对铸件缺陷处清理后的焊接坡口使用氩弧焊进行堆焊，焊补完成后进行打磨并静置。

进一步，焊补完成的铸件进行成品热处理，并对焊补区域使用x光进行无损探伤检测，确保焊补后产品的质量。

进一步，所述保温时间为10-16小时，节省加热温度和保温时间，降低成本。

发明的技术效果：（1）本发明的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，适于对Ti元素的质量百分比不超过5.2%，Al元素的质量百分比不超过6.5%的镍基铸造高温合金铸件进行多次焊补；（2）在焊接修补工艺之前进行均匀化热处理，使得焊补前的铸件内高温组织得以保留，以阻止焊补时裂纹的产生，避免了多次焊补，有效提高焊补效率；（3）每次焊补前采用均匀化热处理并快速冷却，使得铸件内的高温组织重新生成和保留，焊补后进行固溶处理，检验发现仍有缺陷时，可对铸件再次进行均匀化热处理和快速冷却，再次进行焊补和固溶处理，由于每次焊补前都在不低于1205^oC的高温状态下进行均匀化热处理并快速冷却，使得铸件的组织重新生成和保留，因此可以多次重复进行焊补和固溶热处理，而不影响材料的机械、热物性能，可以使大量大型铸件不受热处理循环最多3次的限制。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明实施例1中未进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊补区域的X光照片；

图2是本发明实施例1中进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊补区域的X光照片；

图3是本发明实施例2中未进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊补区域的X光照片；

图4是本发明实施例2中进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊补区域的X光照片；

图5是本发明实施例3中未进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊缝的部分熔化区微观组织；

图6是本发明实施例3中进行均匀化热处理方法焊补后的铸件焊缝的部分熔化区微观组织。

具体实施方式

实施例1

使用材质牌号为CM939高温合金铸造的导向叶片铸后发现微观缩松，该牌号高温合金的主要元素质量百分比为Cr 22.0~22.8%，Co 18.5~19.5%，Ti3.6~3.8%，Al 1.8~2.0%，W1.8~2.2%，少量冶炼过程中无法完全去除的杂质元素，其余为Ni；上述有缺陷的导向叶片的焊补工艺，包括如下步骤：将该处缩松部位挖去加工出坡口，坡口角度为60～70°无钝边；用不锈钢钢丝刷和丙酮对坡口及坡口周围表面进行清理；这样可以防止坡口表面过热、坡口表面渗碳；坡口及四周清洗干净后，采用渗透检测，表面无裂纹为合格；将铸件置于1250^oC保温14小时，控制炉温以55^oC/分钟的平均速度冷却至室温。使用氩弧焊进行堆焊，焊后打磨、静置30分钟，然后将铸件固溶处理，肉眼观察及x光无损探伤均未发现焊接裂纹的产生（参见图2），焊补效果良好，平均每件焊补时间980分钟。同样作为对比，未经本申请所述的均匀化热处理直接进行焊补的导向叶片，导致了二次裂纹缺陷的产生（参见图1），平均每件焊补时间达1913分钟。

实施例2

使用材质牌号为GTD222高温合金铸造的导向叶片铸造态有直径约10mm的孔洞需要修补，该牌号高温合金的主要元素质量百分比为Cr 22.2~22.8%，Co 18.5~19.5%，Ti2.20~2.40%，Al 1.10~1.30%，W 1.80~2.20%，少量冶炼过程中无法完全去除的杂质元素，其余为Ni。

上述有缺陷的导向叶片的焊补工艺，包括如下步骤：在焊补前用不锈钢钢丝刷和丙酮对孔洞周围表面进行清理；清洗干净后，采用渗透检测，表面无裂纹为合格；将铸件置于1205^oC保温12小时，控制炉温以62^oC/分钟的平均速度冷却至室温。使用氩弧焊工艺进行堆焊修补，焊后进行打磨和固溶处理，肉眼观察及x光无损探伤未发现在焊补区域发现焊接裂纹（参见图4），平均每件焊补时间698分钟。同样作为对比，未经本申请所述的均匀化热处理直接进行焊补的导向叶片，导致了二次裂纹缺陷的产生（参见图3），平均每件焊补时间达1420分钟。

实施例3

使用材质牌号为K4648的高温合金铸造的电嘴衬套件，该牌号高温合金的主要元素质量百分比为Cr32.0~35.0%，Mo 2.30~3.50%，Ti0.70~1.30%，Al 0.70~1.30%，W 4.30~5.50%，Nb0.70~1.30%，少量冶炼过程中无法完全去除的杂质元素，其余为Ni。

铸造后法兰部位产生直径约30mm的微观疏松。焊补前将该处疏松部位挖去加工出坡口，坡口角度为60～70°无钝边；用不锈钢钢丝刷和丙酮对坡口及坡口周围表面进行清理；这样可以防止坡口表面过热、坡口表面渗碳；坡口及四周清洗干净后，采用渗透检测，表面无裂纹为合格；将铸件置于1290^oC保温12小时，控制炉温以55^oC/分钟的平均速度冷却至室温。使用氩弧焊工艺进行堆焊，焊后将铸件固溶处理，肉眼观察及x光无损探伤未发现焊接裂纹的产生，并使用高倍显微镜对焊缝部分区域进行了观察，焊缝与母材晶粒不再明显（参见图6），平均每件焊补时间60分钟。同样作为对比，未经本申请所述的均匀化热处理直接进行焊补的电嘴衬套件，导致了二次裂纹缺陷的产生，平均每件焊补时间达800分钟，使用高倍显微镜对焊缝部分区域进行观察，可明显看出焊缝与母材均显示出组织粗大的树枝晶形貌（参见图5）。

本发明适于对Ti元素的质量百分比不超过5.2%，Al元素的质量百分比不超过6.5%的镍基铸造高温合金铸件进行多次焊补；在焊接修补工艺之前进行均匀化热处理，使得焊补前的铸件内高温组织得以保留，以阻止焊补时裂纹的产生，避免了多次焊补，有效提高焊补效率；本发明每次焊补前采用均匀化热处理并快速冷却，使得铸件内的高温组织重新生成和保留，焊补后进行固溶处理，检验发现仍有缺陷时，可对铸件再次进行均匀化热处理和快速冷却，再次进行焊补和固溶处理，由于每次焊补前都在不低于1205^oC的高温状态下进行均匀化热处理并快速冷却，使得铸件的组织重新生成和保留，因此可以多次重复进行焊补和固溶热处理，而不影响材料的机械、热物性能，可以使大量大型铸件不受热处理循环最多3次的限制。

本发明提出的研究思路不局限于特定的材料体系，可以较为方便地拓展到其他材料中。

Claims

1.一种适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，在焊补之前，将去除了缺陷部位的铸件进行均匀化热处理，所述均匀化热处理的保温温度不低于1205℃，不高于所述铸件熔点温度的93%。

2.根据权利要求1所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，所述均匀化热处理的保温时间不低于10小时。

3.根据权利要求2所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，所述铸件均匀化热处理后的冷却速度不小于30℃/分钟。

4.根据权利要求1-3之一所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，该镍基铸造高温合金的化学成分及其质量百分比包括：Cr 8.0~35.0%； Co 0.5~21.0%； Ti≤5.2%；Al≤6.5%；Ni 32.3~90.0%。

5.根据权利要求4所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，在对铸件进行均匀化热处理之前，将铸件的缺陷部位进行去除，加工出焊接坡口。

6.根据权利要求5所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，加工出的焊接坡口呈V型设置，焊补之前并对坡口及其内外壁两侧用丙酮进行清理。

7.根据权利要求6所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，对对坡口及其内外壁两侧进行清理之后，对铸件缺陷处的焊接坡口使用氩弧焊进行堆焊，焊补完成后进行打磨并静置。

8.根据权利要求7所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，焊补完成的铸件进行成品热处理，并对焊补区域使用x光进行无损探伤检测。

9.根据权利要求4所述的适于镍基铸造高温合金铸件的焊补工艺，其特征在于，

所述均匀化热处理的保温时间为10-16小时。