CN110948075B - 一种燃机透平静叶钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃机透平静叶钎焊工艺，先对裂缝和裂纹清洗在对焊接区域进行划分处多个方格，涂抹焊剂，在采用真空炉进行钎焊，本申请揭示了一种燃机透平静叶钎焊工艺，有效降低钎焊热处理工艺中产生凝结裂纹的几率，因此经过多次钎焊热处理后，钎焊粉末中的硅、硼等元素向基体扩散，会导致基材韧性降低，机械强度退化而导致寿命缩短的风险可以几乎降低为零，使部件真空炉钎焊后焊接成型美观、平整、缺陷少，并且大幅减少再次钎焊次数，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种静叶钎焊领域，尤其涉及一种燃机透平静叶钎焊工艺。
背景技术
钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法；钎焊时，首先要去除母材接触面上的氧化膜和油污，以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加钎料的润湿性和毛细流动性；根据钎料熔点的不同，钎焊又分为硬钎焊和软钎焊；钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具等。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙；较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化；较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力，钎焊形成的焊缝称为钎缝；钎焊所用的填充金属称为钎料；钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。
MS9001E燃机透平静叶在运行过程中受到热疲劳应力、机械疲劳应力和热腐蚀等因素影响，当完成一次运行周期后，其基体材料通常存在表面裂纹龟裂。常规修复方法是在通过机械打磨和/或超声波酸洗对裂纹进行清理，然后再其表面涂覆混合钎料粉末，此后将部件放入真空炉内进行高温钎焊热处理+扩散热处理；最终通过机械加工修复尺寸轮廓；但是由于龟裂区域面积大，熔融的混合钎料粉末，在高温钎焊热处理快速冷却过程中，通常由于凝结产生裂缝和微裂纹，从而导致钎焊不合格，而需要返工多次钎焊；但是经过多次钎焊热处理后，钎焊粉末中的硅、硼等元素向基体扩散，会导致基材韧性降低，机械强度退化而导致寿命缩短。
发明内容
发明目的:本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种燃机透平静叶钎焊工艺，解决大面积钎焊区域由于冷却凝结产生裂缝和微裂纹，从而导致钎焊不合格，而需要返工多次钎焊的情况。
技术方案: 一种燃机透平静叶钎焊工艺，包括以下工艺步骤:
a.裂缝和裂纹清洗：通过机械打磨或超声波酸洗对静叶上的裂纹和裂缝区域进行清理，所述打磨或酸洗后的区域为钎焊区域；
b.区域划分：将步骤a中的钎焊区域内加工出多个方格；
c.钎料填充: 首先将混合好的钎料涂覆在方格中，然后在其表面整体涂覆薄薄一层钎料；
d.真空钎焊：将步骤c中的透平静叶放入真空炉进行钎焊。
优选的，所述步骤a中的超声波酸洗采用50g/mL的柠檬酸，温度65-85℃，超声酸洗时间12-17分钟。
优选的，所述步骤b中方格采用焊接的方式加工而成，具体方法如下：
在钎焊区域内采用氩弧焊焊接出边长5-10mm的方格，焊缝的宽度为1-2mm，焊缝高度为1-1.5mm焊接时必须采用间断焊接，连续焊接焊缝长度不超过4.0cm；前后两段焊缝空间位置上的间隔之间最小间隔10cm；方格焊接好后执行焊后热处理消除焊接区域内残留应力，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面。
优选的，所述焊后热处理消除焊接区域内残留应力具体工艺为：将透平静叶放入真空炉中，加热：按照14-22℃/min的升温速率快速升温至1140-1160℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4 Torr，在加热过程中温度升高1140°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
优选的，所述步骤B中，方格采用金属网贴附而成，采用10-20目的金属网，具体方法如下：
先采用机械打磨的方式对钎焊区域整体去除0.5-1.5mm的深度，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面；裁剪与钎焊区域大小相同的金属网，将金属网放置钎焊区域中采用氩弧焊的方式将其固定；其中所述氩弧焊先采用点焊将金属网与静叶固定，点焊焊接点间隔2.0cm；再位于金属网四周与静叶结合区域完全焊接一条高度1.0-1.5mm,宽1.0-2.0mm焊缝。
优选的，所述机械打磨具体工艺为：对于深度0.5-1mm的裂缝，采用砂带机，将其表面整体去除1.0mm的厚度，打磨表面应平滑过渡，对于深度超过1-2mm的裂纹，采用合金磨头单独打磨去除干净。
优选的，所述热除脂：将透平静叶放入真空炉中，通入空气，加热至350°C，保温1小时。
优选的，所述透平静叶材质为钴基合金FSX-414，焊丝采用Haynes 25。
优选的，所述镍喷砂工艺清理待焊接区域表面，喷砂压力：3-4bar，喷砂介质：60目镍基砂粒基喷砂，角度：45-60°；距离：10-20cm。
优选的，所述步骤d的具体工艺为：将步骤c中的透平静叶放入真空炉中，加热：按照17-25℃/min的升温速率快速升温至1210-1220℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4 Torr，在加热过程中温度升高1205°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
有益效果: 本发明揭示了一种燃机透平静叶钎焊工艺:
（1）提高透平静叶的质量和使用寿命，有效降低钎焊热处理工艺中产生凝结裂纹的几率，因此经过多次钎焊热处理后，钎焊粉末中的硅、硼等元素向基体扩散，会导致基材韧性降低，机械强度退化而导致寿命缩短的风险可以几乎降低为零；
（2）降低成本，虽然增加了焊丝和金属网的成本，但是相对于钎焊粉末成本和真空炉运行成本，仍可降低钎焊工艺成本达50-70%；
（3）操作方便，提高效率，无论是焊缝组成间隔熔池还是直接采购金属网，从工艺角度出发都可以很容易实现，未增加工艺难度；且1-2次钎焊即可达到工艺要求，不需要额外返工。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术内容进行详细阐述:
实例1
一种燃机透平静叶钎焊工艺，包括以下工艺步骤:
a.裂缝和裂纹清洗：通过机械打磨或超声波酸洗对静叶上的裂纹和裂缝区域进行清理，所述打磨或酸洗后的区域为钎焊区域，其中所述机械打磨具体工艺为：对于深度0.5-1mm的裂纹，采用砂带机，将其表面整体去除1.0mm的厚度，打磨表面应平滑过渡，对于深度超过1-2mm的裂纹，采用合金磨头单独打磨去除干净；所述超声波酸洗采用50g/mL的柠檬酸，温度65-85℃，超声酸洗时间12-17分钟；
b.区域划分：将步骤a中的钎焊区域内加工出多个方格；采用氩弧焊接的方式加工出方格，具体方法如下：
在钎焊区域内采用氩弧焊焊接出边长5-10mm的方格，焊缝的宽度为1-2mm，焊缝高度为1-1.5mm焊接时必须采用间断焊接，连续焊接焊缝长度不超过4.0cm；前后两段焊缝空间位置上的间隔之间最小间隔10cm；方格焊接好后执行焊后热处理消除焊接区域内残留应力，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面；所述焊后热处理消除焊接区域内残留应力具体工艺为：将透平静叶放入真空炉中，加热：按照14-22℃/min的升温速率快速升温至1140-1160℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4 Torr，在加热过程中温度升高1140°C时，确保真空度不低于5 × 10-4Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工；所述热除脂：将透平静叶放入真空炉中，通入空气，加热至350°C，保温1小时；所述镍喷砂工艺清理待焊接区域表面，喷砂压力：3-4bar，喷砂介质：60目镍基砂粒基喷砂，角度：45-60°；距离：10-20cm；
c.钎料填充: 首先将混合好的钎料涂覆在方格中，然后在其表面整体涂覆薄薄一层钎料；
d.真空钎焊：将步骤c中的透平静叶放入真空炉进行钎焊；具体工艺为：将步骤c中的透平静叶放入真空炉中，加热：按照17-25℃/min的升温速率快速升温至1210-1220℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4Torr，在加热过程中温度升高1205°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
实例2
a.裂缝和裂纹清洗：通过机械打磨或超声波酸洗对静叶上的裂纹和裂缝区域进行清理，所述打磨或酸洗后的区域为钎焊区域，其中所述机械打磨具体工艺为：对于深度0.5-1mm的裂纹，采用砂带机，将其表面整体去除1.0mm的厚度，打磨表面应平滑过渡，对于深度超过1-2mm的裂纹，采用合金磨头单独打磨去除干净；所述超声波酸洗采用50g/mL的柠檬酸，温度65-85℃，超声酸洗时间12-17分钟；
b.区域划分：将步骤a中的钎焊区域内加工出多个方格；采用金属网贴附而成，采用10-20目的金属网，具体方法如下：
先采用机械打磨的方式对钎焊区域整体去除0.5-1.5mm的深度，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面；裁剪与钎焊区域大小相同的金属网，将金属网放置钎焊区域中采用氩弧焊的方式将其固定；其中所述氩弧焊先采用点焊将金属网与静叶固定，点焊焊接点间隔2.0cm；再位于金属网四周与静叶结合区域完全焊接一条高度1.0-1.5mm,宽1.0-2.0mm焊缝；所述热除脂：将透平静叶放入真空炉中，通入空气，加热至350°C，保温1小时；所述镍喷砂工艺清理待焊接区域表面，喷砂压力：3-4bar，喷砂介质：60目镍基砂粒基喷砂，角度：45-60°；距离：10-20cm；
c． 钎料填充: 首先将混合好的钎料涂覆在方格中，然后在其表面整体涂覆薄薄一层钎料；
d.真空钎焊：将步骤c中的透平静叶放入真空炉进行钎焊，具体工艺为：将步骤c中的透平静叶放入真空炉中，加热：按照17-25℃/min的升温速率快速升温至1210-1220℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4Torr，在加热过程中温度升高1205°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
所述实例1和2中的燃机透平静叶材质为钴基合金FSX-414，氩弧焊的焊丝采用Haynes 25，燃机透平静叶材质为钴基合金FSX-414，焊丝采用Haynes 25，钎料采用混合钎料和粘合剂混合而成，所述混合钎料是由钎料A和钎料B按比例1：1混合而成，所述钎料A是由以下组份混合后而成：Cr：18-20份、Ni：16-18份、 Si：7.5-8.5份、W：3.5-4.5、B：0.7-0.9、C0：0.35-0.45，其余均为Co，钎料A是由以下组份混合后而成：24.5-46.5%Cr、9.5-11.5%Ni、7-8%W、0-2%Fe、0-1%Mn、0-1%Si、0-0.04%P、0.45-0.55%C、0-0.04%S、其余均为Co，所述钎料A为熔点为380-420°C，所述钎料B熔点为大于钎焊时最高温度，所述粘合剂为挥发温度小于200°C，实例2中金属网采用与燃机透平静或焊丝相同的材质。
实例2与实例1相比，采用了金属网，其网格的密度等级是手工氩弧焊缝无法实现的，因此实例2的钎焊效果更佳，返工几率更低。
本申请提供了一种燃机透平静叶钎焊工艺，优点：
（1）提高透平静叶的质量和使用寿命，有效降低钎焊热处理工艺中产生凝结裂纹的几率，因此经过多次钎焊热处理后，钎焊粉末中的硅、硼等元素向基体扩散，会导致基材韧性降低，机械强度退化而导致寿命缩短的风险可以几乎降低为零；
（2）降低成本，虽然增加了焊丝和金属网的成本，但是相对于钎焊粉末成本和真空炉运行成本，仍可降低钎焊工艺成本达50-70%；
（3）操作方便，提高效率，无论是焊缝组成间隔熔池还是直接采购金属网，从工艺角度出发都可以很容易实现，未增加工艺难度；且1-2次钎焊即可达到工艺要求，不需要额外返工。
本申请使部件真空炉钎焊后焊接成型美观、平整、缺陷少，并且大幅减少再次钎焊次数，提高生产效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:包括以下工艺步骤：
a.裂缝清洗：通过机械打磨或超声波酸洗对静叶上的裂缝区域进行清理，所述打磨或酸洗后的区域为钎焊区域；
b.区域划分：将步骤a中的钎焊区域内加工出多个方格；方格采用焊接的方式加工而成，具体方法如下：
在钎焊区域内采用氩弧焊焊接出边长5-10mm的方格，焊缝的宽度为1-2mm，焊缝高度为1-1.5mm，焊接时必须采用间断焊接，连续焊接焊缝长度不超过4.0cm；前后两段焊缝空间位置上的间隔之间最小间隔10cm；方格焊接好后执行焊后热处理消除焊接区域内残留应力，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面；
c.钎料填充: 首先将混合好的钎料涂覆在方格中，然后在表面整体涂覆薄薄一层钎料；
d.真空钎焊：将步骤c中的透平静叶放入真空炉进行钎焊。
2.根据权利要求1所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于: 所述步骤a中的超声波酸洗采用50g/mL的柠檬酸，温度65-85℃，超声酸洗时间12-17分钟。
3.根据权利要求1所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述焊后热处理消除焊接区域内残留应力具体工艺为：将透平静叶放入真空炉中，加热：按照14-22℃/min的升温速率快速升温至1140-1160℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4 Torr，在加热过程中温度升高1140°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
4.根据权利要求1所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述步骤b中，方格采用金属网贴附而成，采用10-20目的金属网，具体方法如下：
先采用机械打磨的方式对钎焊区域整体去除0.5-1.5mm的深度，再通过热除脂和镍喷砂工艺清理待焊接区域表面；裁剪与钎焊区域大小相同的金属网，将金属网放置钎焊区域中采用氩弧焊的方式将其固定；其中所述氩弧焊先采用点焊将金属网与静叶固定，点焊焊接点间隔2.0cm；再位于金属网四周与静叶结合区域完全焊接一条高度1.0-1.5mm,宽1.0-2.0mm焊缝。
5.根据权利要求1或4所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:
所述机械打磨具体工艺为：对于深度0.5-1mm的裂缝，采用砂带机，将其表面整体去除1.0mm的厚度，打磨表面应平滑过渡，对于深度超过1-2mm的裂缝，采用合金磨头单独打磨去除干净。
6.根据权利要求1或4所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述热除脂：将透平静叶放入真空炉中，通入空气，加热至350°C，保温1小时。
7.根据权利要求1或4所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述透平静叶材质为钴基合金FSX-414，焊丝采用Haynes 25。
8.根据权利要求1或4所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述镍喷砂工艺清理待焊接区域表面，喷砂压力：3-4bar，喷砂介质：60目镍基砂粒基喷砂，角度：45-60°；距离：10-20cm。
9.根据权利要求1所述一种燃机透平静叶钎焊工艺，其特征在于:所述步骤d的具体工艺为：将步骤c中的透平静叶放入真空炉中，加热：按照17-25℃/min的升温速率快速升温至1210-1220℃，保温29-32分钟，同时在加热的过程中，进行抽真空，使炉中的真空度至少达到5 × 10-4 Torr，在加热过程中温度升高1205°C时，确保真空度不低于5 × 10-4 Torr；冷却：停止加热，随炉冷却，在真空状态下以10°C/min的速率，降温至1000°C，再向真空炉中通入小于等于0.13 bar的氩气，冷却至800°C，再通入0.78 bar的氩气，冷却至150°C，打开真空炉，取出透平静叶后自然冷却至50°C再进行后续的加工。
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| GR01 | Patent grant | ||
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