CN108637481A - 提高钎焊接头性能的激光表面处理方法 - Google Patents

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张贤坤
陈洁
沈骏
谢福辛
赵安中
张立新
赵彦
郑雅文
刘敏
邹兴政
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Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种提高钎焊接头性能的激光表面处理方法，该方法的主要步骤是将母材切片→打磨清洗→钎焊面进行激光表面处理→钎焊→性能测试，检测润湿性，对接头进行力学性能测试、显微硬度测试、SEM以及EDS等。焊接时选用BNi‑2钎料进行钎焊。该方法对母材的钎焊面进行激光处理，使表面的形貌和化学成分发生改变，润湿性得到极大提高，钎焊面经激光处理后拉伸强度提高，用于密封时，密封件在高温环境中能正常使用，具备好的稳定性和可靠性，并且密封性能良好、质量优异。

Description

提高钎焊接头性能的激光表面处理方法
技术领域
本发明属于金属材料的表面处理领域，特别涉及一种提高钎焊接头性能的激光表面处理方法。
背景技术
近年来，随着航空航天的快速发展，对其关键部件如航空发动机的材料耐高温性能要求越来越高。镍基高温合金Inconel 718具有较高的高温强度、持久强度和蠕变强度,特别是良好的高温耐蚀性，即具有较高的抗氧化性、抗硫化性、抗氮化性和抗渗碳性，是目前制造先进航空发动机机匣密封件的主要材料，为了满足高性能航空航天发动机的设计需求，多年来，各国十分重视镍基高温合金的研制和开发。采用连接方法制造这些高温合金的发动机部件可使成本降低, 并且获得良好的性能，例如对结构复杂的对开组合式叶片单凭铸造技术无法制备其制造过程必然涉及到材料的连接。但镍基高温合金的可焊性限制了其他焊接技术的应用，钎焊及其扩散钎焊技术因此常被用于连接高温材料, 以避免熔焊裂纹等问题。传统的钎焊技术使接头的强度较低，易产生脆性的金属间化合物和Lave相等，使接头的性能减低。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高钎焊接头性能的激光表面处理方法，该方法对母材的钎焊面进行激光处理，使表面的形貌和化学成分发生改变，润湿性得到极大提高，钎焊面经激光处理后拉伸强度提高，用于密封时，密封件在高温环境中能正常使用，具备好的稳定性和可靠性，并且密封性能良好、质量优异。
本发明的技术方案是：
提高钎焊接头性能的激光表面处理方法，有以下步骤：
1）切片：将材料切割成矩形板材；
2）打磨清洗：打磨，然后放入丙酮溶液中清洗；
3）钎焊面处理：采用激光对钎焊面进行处理，其激光功率为10W，扫描速率为30 mm/s；
4）钎焊：将钎焊面升温至1100℃钎焊30 min，随炉冷却，真空度≤10-5。
步骤2）所述的打磨，采用标号由低到高的砂纸打磨。
步骤2）所述的清洗，是在丙酮溶液中用超声波进行清洗。
步骤3）所述激光的激光束之间的间隙为50 um或100 um或 150 um。
步骤4）所述升温的速率为20℃/min， 500℃、900℃时各保温30 min。
本发明所述的方法：母材切片→打磨清洗→钎焊面进行激光表面处理→钎焊→性能测试，检测润湿性，对接头进行力学性能测试、显微硬度测试、SEM以及EDS等。焊接时选用BNi-2钎料进行钎焊。
本发明的有益效果是：
（1）钎焊面未经激光处理的润湿角为15o，经激光处理后，润湿角为4o，润湿性有了极大的提高；
（2）激光处理后拉伸强度有了明显提高，与未处理相比，钎焊面经激光处理后拉伸强度提高了8%；
（3）通过控制钎焊工艺参数，得到的密封件在高温环境中能正常使用，具备好的稳定性和可靠性；
（4）经激光表面处理的材料用于航空发动机机匣的密封，其密封性能良好及质量优异。
本发明所述方法可以用于苛刻环境介质下的航空发动机机匣密封，采用稳定性高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀的且经过表面处理的镍基高温合金Inconel 718密封。
附图说明
图1为基体表面激光处理示意图和处理后实际形貌；图A为激光束行走路线及激光束之间的间隙（ds）示意图；图B为激光处理后基体表面示意图；图C为激光处理后表面实际形貌。
具体实施方式
实施例1
把母材切割成30 mm×30 mm×4 mm的板材，分别用400#、800#、1200#、2000#的砂纸进行打磨板材表面，打磨后放在丙酮溶液中用超声波清洗；
对钎焊面进行激光处理，激光束之间的间隙为50 um或100 um或150 um，参见图1；
超声波清洗后进行钎焊，钎焊工艺为：升温速率为20℃/min，分别在500℃和900℃时保温30min，钎焊温度为1100℃，钎焊30min，然后随炉冷却。
钎焊完成后，对得到的钎焊接头进行性能测试：
1）测量钎料与母材的润湿角：得到在此实验参数条件下，钎料BNi-2与母材的润湿角约为15o；
2）进行拉伸测试：得到该试样的拉伸强度为397.8 MPa。
实施例2
把母材切割成30 mm×30 mm×4 mm的板材，分别用400#、800#、1200#、2000#的砂纸进行打磨板材表面，打磨后放在丙酮溶液中用超声波清洗；
对钎焊面进行激光处理，激光功率为10W，扫描速率为30 mm/s，激光束之间的间隙为50um；
超声波清洗后进行钎焊，钎焊工艺为：升温速率为20℃/min，分别在500℃和900℃时保温30min，钎焊温度为1100℃，钎焊30min，然后随炉冷却。
钎焊完成后，对得到的钎焊接头进行性能测试：
1）测量钎料与母材的润湿角：得到在此实验参数条件下，钎料BNi-2与母材的润湿角约为9o；
2）进行拉伸测试：得到该试样的拉伸强度为413.7 MPa；
实施例3
把母材切割成30 mm×30 mm×4 mm的板材，分别用400#、800#、1200#、2000#的砂纸进行打磨板材表面，打磨后放在丙酮溶液中用超声波清洗；
对钎焊面进行激光处理，激光功率为10W，扫描速率为30 mm/s，激光束之间的间隙为100 um；
超声波清洗后进行钎焊，钎焊工艺为：升温速率为20℃/min，分别在500℃和900℃时保温30min，钎焊温度为1100℃，钎焊30min，然后随炉冷却。
钎焊完成后，对得到的钎焊接头进行性能测试：
1）测量钎料与母材的润湿角：得到在此实验参数条件下，钎料BNi-2与母材的润湿角约为4o；
2）进行拉伸测试：得到该试样的拉伸强度为429.3 MPa；
实施例4
把母材切割成30 mm×30 mm×4 mm的板材，用400#、800#、1200#、2000#的砂纸进行打磨板材表面，打磨后放在丙酮溶液中用超声波清洗；
对钎焊面进行激光处理，激光功率为10W，扫描速率为30 mm/s，激光束之间的间隙为150 um；
超声波清洗后进行钎焊，钎焊工艺为：升温速率为20℃/min，分别在500℃和900℃时保温30min，钎焊温度为1100℃，钎焊30min，然后随炉冷却。
钎焊完成后，对得到的钎焊接头进行性能测试：
1）测量钎料与母材的润湿角：得到在此实验参数条件下，钎料BNi-2与母材的润湿角约为7o；
2）进行拉伸测试：得到该试样的拉伸强度为408.2 MPa；
结论：
1）润湿性改变的原因：这是因为钎焊面经激光处理后，表面成分和形貌发生了改变，促进了母材和钎料的相互溶解，提高了母材和钎料的润湿性；激光束之间间隙为50 um时，两道焊缝之间会相互重叠，影响润湿性；激光束之间间隙为150 um时，两道焊缝之间会有未处理的母材，降低了润湿性；激光束之间间隙为100 um时，两道焊缝之间间隙刚好，润湿性最佳。
2）拉伸强度改变的原因：这是因为经激光处理后，钎焊表面的形貌发生改变，变的凹凸不平，表面存在山脉和山谷，增加了表面粗糙度，当钎料涂覆在母材上，一部分钎料会填充凹槽，当钎料熔化时，两试样间的钎料会与两旁母材相互扩散，凹槽中的钎料也会与旁边的山脉相互扩散，形成的接头会犬牙交错，提高了强度。
综上所述，激光束之间的间隙为100um时，钎焊接头的性能最好。

Claims (5)

1.一种提高钎焊接头性能的激光表面处理方法，其特征在于，有以下步骤：
1）切片：将材料切割成矩形板材；
2）打磨清洗：打磨，然后放入丙酮溶液中清洗；
3）钎焊面处理：采用激光对钎焊面进行处理，其激光功率为10W，扫描速率为30 mm/s；
4）钎焊：将钎焊面升温至1100℃钎焊30 min，随炉冷却，真空度≤10-5。
2.根据权利要求1所述的激光表面处理方法，其特征在于：步骤2）所述的打磨，采用标号由低到高的砂纸打磨。
3.根据权利要求1所述的激光表面处理方法，其特征在于：步骤2）所述的清洗，是在丙酮溶液中用超声波进行清洗。
4.根据权利要求1所述的激光表面处理方法，其特征在于：步骤3）所述激光的激光束之间的间隙为50 um或100 um或 150 um。
5.根据权利要求1所述的激光表面处理方法，其特征在于：步骤4）所述升温的速率为20℃/min， 500℃、900℃时各保温30 min。
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