CN111218584A - 一种dz40m合金零件大间隙钎焊修复方法 - Google Patents

一种dz40m合金零件大间隙钎焊修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，属于高温合金修复技术领域。该方法所用钎料粉末化学成分(wt.％)：Cr 12.0～22.0％，Ni 15.0～30.0％，W 4.0～17.0％，Al 0.5～6.5％，Mo 0.5～8.5％，Ti 0～8.0％，Si 0～3.0％，B 0～3.0％，Fe 0～7.5％，Nb 0.2～5.0％，Co为余量。粉末均采用气体雾化法制备，用于DZ40M大间隙钎焊修复。钎焊温度为1150～1240℃，钎焊时间为15～60分钟。本发明解决了DZ40M合金零件的大间隙修复问题，具有重要的应用价值。

Description

一种DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法
技术领域
本发明涉及高温合金修复技术领域，具体涉及一种DZ40M合金大间隙钎焊修复方法。
背景技术
高温合金是指能够在600℃以上高温，承受较大复杂应力，并具有表面稳定性的高合金化铁基、镍基或钴基奥氏体金属材料，自问世以来，广泛应用于航空发动机和各种工业燃气轮机的热端零部件中。
然而，由于高温合金零件使用环境较为苛刻，在使役过程中由于高温下的应力作用会产生裂纹。因此，在使用一段时间后需要对部分破损较重的叶片进行修复，以节省更换新叶片的制造成本。此外，复杂结构零件在铸造过程中难以避免会产生铸造缺陷，如果能够进行缺陷修复，可以大大提高铸造合格率。而大间隙钎焊技术的开发，可以让叶片的修复工作得以简化，具有成本低廉、适应性广、合格率高等优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DZ40M合金零件大间隙钎焊修复工艺方法。其操作便捷，钎焊温度适应性高，具有重要的应用价值。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，该方法采用DZ40M合金粉末为填料，并使用钴基合金粉末钎料对DZ40M合金零件进行大间隙钎焊修复；按重量百分含量计，所述钴基合金粉末钎料的化学成分如下：
Cr 12.0～22.0％，Ni 15.0～30.0％，W 4.0～17.0％，Al 0.5～6.5％，Mo 0.5～8.5％，Ti 0～8.0％，Si 0～3.0％，B 0～3.0％，Fe 0～7.5％，Nb 0.2～5.0％，Co为余量。
该钴基合金粉末钎料化学成分中：Ti优选为0.1～3wt.％，Si优选为1.0～3.0wt.％，B优选为0.5～2.8wt.％。
该方法所用填料粉末化学成分(wt.％)：Cr 24.5～26.5％，Ni 9.5～11.5％，W7.0～8.0％，Al 0.7～1.2％，Mo 0.1～0.6％，Ti 0.1～0.3％，Co为余量。
所述钴基合金粉末钎料为球形和/或近球形，颗粒度为150～800目。
所述钴基合金粉末钎料通过气体雾化法制备，所述气体雾化法的工艺参数为：喷粉温度1400～1550℃，保温时间3～20min，质量流率为2～6kg/min，喷粉气体为氩气，喷粉压力2～7MPa；将所制备的合金粉末筛出150～800目的合金粉末，即为所述钴基合金粉末钎料。
所述DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，具体包括如下步骤：
(1)将DZ40M合金粉末填料与粘结剂(有机粘结剂或水溶性粘结剂)均匀混合后，形成膏状填料，然后将膏状填料放置在DZ40M合金零件原缺陷位置；
(2)将钴基合金粉末钎料与粘结剂(有机粘结剂或水溶性粘结剂)均匀混合后，形成膏状钎料，将膏状钎料放置于钎缝附近的表层金属上；
(3)将阻焊剂涂抹于钎料周围，以免钎焊过程中钎料外流；
(4)将DZ40M合金零件放置于60～100℃烘箱内烘干0.5-2小时，并对表层钎料进行适当修整；然后将待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊，钎焊温度为1150～1240℃，保温时间为15-60分钟，焊后采用炉冷或气冷方式冷却，炉内真空度不低于5×10-2Pa。
本发明借助DZ40M粉末填料，能够对DZ40M合金零件进行大间隙钎焊修复。进行大间隙钎焊修复后的零件表面目视检测合格，无可视性裂纹和未焊合缺陷，能够交付使用。
本发明设计思想及原理如下：
为解决DZ40M合金零件大间隙修复问题。采用DZ40M合金粉末为填料，作为接头中基体骨架，使大间隙接头中形成细密的微通道，在钎焊温度下，钴基钎料粉末液流借助毛细作用进入微通道中，与DZ40M填料骨架共同填满整个焊缝，并在降温过程中凝固，在原裂纹或缺陷部位形成牢固的冶金结合。零件出炉后通过打磨使钎缝边界与零件外表面保持平整，以避免在使役过程中由于应力集中作用出现剥离。
本发明的有益效果是：
采用了与DZ40M钴基合金母材成分相同的填料合金粉末作为焊缝基体，配合与母材成分相近的钴基合金钎料，借助适应性广泛且成本较低的钎焊连接方法，可以在满足零件使用需求的情况下，极大地降低更换新零件所需的制造成本，有效地延长零件使用寿命。也可以借助修复技术大大提高复杂高温合金零件铸造合格率。具有巨大经济价值和应用价值。
附图说明
图1为实施例1中修复前的DZ40M合金缺陷处照片。
图2为实施例1中修复后的DZ40M合金原缺陷处照片。
图3为实施例2中修复前的DZ40M合金缺陷处照片。
图4为实施例2中修复后的DZ40M合金原缺陷处照片。
图5为实施例3中修复前的DZ40M合金缺陷处照片。
图6为实施例3中修复后的DZ40M合金原缺陷处照片。
图7为对比例1中修复前的DZ40M合金缺陷处照片。
图8为对比例1中修复后的DZ40M合金原缺陷处照片。
图9为对比例2中修复前的DZ40M合金缺陷处照片。
图10为对比例2中修复后的DZ40M合金原缺陷处照片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详述本发明。
本发明对DZ40M合金零件大间隙钎焊修复过程为：采用打磨设备对待修复的零件进行机械打磨，去除裂纹和缺陷内部和附近的氧化皮及最表层金属，随后使用丙酮溶液对零件整体进行超声波清洗。
先将填料粉末与粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其填满待修复零件缺陷或裂纹处。再将钎料粉末与粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于钎缝附近的表层金属上。将阻焊剂涂抹于钎料周围，以免钎焊过程中钎料外流。
将零件放置于60～100℃烘箱内烘干0.5-2小时，并对表层钎料进行适当修整。将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1150～1240℃，保温时间为15-60分钟，焊后采用炉冷或气冷方式冷却，炉内真空度不低于5×10-2Pa。
将修复后的零件采用机械法打磨去除表面残余钎料，即完成零件的大间隙钎焊修复。
以下实施例中，采用的合金粉末均通过气体雾化法制备，雾化工艺参数为：喷粉温度1460℃，保温时间10min，质量流率为3.5kg/min，喷粉气体为氩气，喷粉压力5MPa。
实施例1
本实施例中的DZ40M零件待修复位置为裂纹处(图1)，首先采用打磨机对零件裂纹位置及附近区域进行打磨，直至打磨部位呈现出新鲜金属表面。使用丙酮溶液对零件整体进行15min超声波清洗。
先将填料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其注射至零件裂纹处。再将成分为(wt.％)：Co-21Ni-16Cr-2Al-0.3Ti-7W-1Mo-0.5Nb-2Fe-2.5Si-2.8B的钎料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于裂纹上方及周围的表层金属上，并将Nicrobraz White Stop Off Type II型阻焊剂涂抹于钎料周围。
把零件放置于80℃烘箱内烘干0.5小时，并对外层钎料形状进行少许修整。
将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1180℃，保温时间为15分钟，焊后炉冷至室温后取出零件，在钎焊过程中炉内真空度不低于5×10- 2Pa。
采用打磨机去除零件表面残余钎料。修复后的DZ40M合金零件原缺陷处照片如图2。
实施例2
本实施例中的DZ40M零件待修复位置为孔洞(图3)，首先采用打磨机对零件缺陷位置及附近区域进行打磨，直至打磨部位呈现出新鲜金属表面。使用丙酮溶液对零件整体进行15min超声波清洗。
先将填料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其填至孔洞部位。再将成分为(wt.％)：Co-19Ni-16Cr-2Al-0.5Ti-10W-0.5Mo-0.5Nb-2Si-2B的钎料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于裂纹上方及周围的表层金属上，并将Nicrobraz White Stop Off Type II型阻焊剂涂抹于钎料周围。
把零件放置于100℃烘箱内烘干1小时，并对外层钎料形状进行少许修整。
将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1200℃，保温时间为15分钟，焊后炉冷至室温后取出零件，在钎焊过程中炉内真空度不低于5×10- 2Pa。
采用打磨机去除零件表面残余钎料。修复后的DZ40M合金零件原缺陷处照片如图4。
实施例3
本实施例中的DZ40M零件待修复部位是为不规则缺陷(图5)，首先采用打磨机对缺陷位置及附近区域进行打磨，直至打磨部位呈现出新鲜金属表面。使用丙酮溶液对零件整体进行20min超声波清洗。
先将填料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其填至孔洞部位。再将成分为(wt.％)：Co-21Ni-16Cr-2Al-1Ti-12W-0.5Mo-0.5Nb-1.2Si-2B的钎料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于裂纹上方及周围的表层金属上，并将Nicrobraz White Stop Off Type II型阻焊剂涂抹于钎料周围。
把零件放置于80℃烘箱内烘干1.5小时，并对外层钎料形状进行适当修整。
将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1220℃，保温时间为20分钟，焊后采用氩气气冷至室温后取出零件，在钎焊过程中炉内真空度不低于5×10-2Pa。
采用打磨机去除零件表面残余钎料。修复后的DZ40M合金零件原缺陷处照片如图6。
对比例1
本对比例中的DZ40M零件待修复部位是孔洞型缺陷(图7)，首先采用打磨机对缺陷位置及附近区域进行打磨，直至打磨部位呈现出新鲜金属表面。使用丙酮溶液对零件整体进行20min超声波清洗。
先将填料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其填至孔洞部位。再将成分为(wt.％)：Co-21Ni-16Cr-2Al-0.8Ti-11W-0.5Mo-0.5Nb-1.5Si-1.5B的钎料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于裂纹上方及周围的表层金属上，并将Nicrobraz White Stop Off Type II型阻焊剂涂抹于钎料周围。
把零件放置于80℃烘箱内烘干1.5小时，并对外层钎料形状进行适当修整。
将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1100℃，保温时间为20分钟，焊后采用氩气气冷至室温后取出零件，在钎焊过程中炉内真空度不低于5×10-2Pa。
采用打磨机去除零件表面残余钎料。修复后的DZ40M合金零件原缺陷处照片如图8。
对比例2
本对比例中的DZ40M零件待修复部位是孔洞型缺陷(图9)，首先采用打磨机对缺陷位置及附近区域进行打磨，直至打磨部位呈现出新鲜金属表面。使用丙酮溶液对零件整体进行20min超声波清洗。
先将填料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，并将其填至孔洞部位。再将成分为(wt.％)：Co-18Ni-15Cr-2Al-1Ti-22W-0.5Mo-0.5Nb-1.2Si-2B的钎料粉末与nicrobraz's'binder粘结剂均匀混合后调成膏状，将其放置于裂纹上方及周围的表层金属上，并将Nicrobraz White Stop Off Type II型阻焊剂涂抹于钎料周围。
把零件放置于60℃烘箱内烘干1小时，并对外层钎料形状进行适当修整。
将处理好的待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊修复，加热温度为1160℃，保温时间为5分钟，焊后采用炉冷方式冷却至室温后取出零件，在钎焊过程中炉内真空度不低于5×10-2Pa。
采用打磨机去除零件表面残余钎料。修复后的DZ40M合金零件原缺陷处照片如图10。
由上述实施例1-3中零件修复前后的外观可以看出，经钎焊修复后原缺陷已消失，修复处无可视性裂纹及未焊合缺陷，且钎料对基材无凹陷性熔蚀，修复后的零件质量合格，这说明本发明的钎焊修复方法能够实现对DZ40M零件的钎焊修复。
由上述对比例1-2中钎焊前后的零件照片可以看出，相较于实施例1-3，叶片原缺陷处未能完全修复，表面存在未焊合缺陷，这说明钎焊温度或钎料成分超出规定范围，都无法满足零件的修复要求。

Claims (7)

1.一种DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：该方法采用DZ40M合金粉末为填料，并使用钴基合金粉末钎料对DZ40M合金零件进行大间隙钎焊修复；按重量百分含量计，所述钴基合金粉末钎料的化学成分如下：
Cr 12.0～22.0％，Ni 15.0～30.0％，W 4.0～17.0％，Al 0.5～6.5％，Mo0.5～8.5％，Ti 0～8.0％，Si 0～3.0％，B 0～3.0％，Fe 0～7.5％，Nb 0.2～5.0％，Co为余量。
2.根据权利要求1所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：该钴基合金粉末钎料化学成分中：Ti为0.1～3wt.％，Si为1.0～3.0wt.％，B为0.5～2.8wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：所述钴基合金粉末钎料为球形和/或近球形，颗粒度为150～800目。
4.根据权利要求1或2所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：所述钴基合金粉末钎料通过气体雾化法制备，所述气体雾化法的工艺参数为：喷粉温度1400～1550℃，保温时间3～20min，质量流率为2～6kg/min，喷粉气体为氩气，喷粉压力2～7MPa；将所制备的合金粉末筛出150～800目的合金粉末，即为所述钴基合金粉末钎料。
5.根据权利要求1所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：该修复方法具体包括如下步骤：
(1)将DZ40M合金粉末填料与粘结剂均匀混合后，形成膏状填料，然后将膏状填料放置在DZ40M合金零件原缺陷位置；
(2)将钴基合金粉末钎料与粘结剂均匀混合后，形成膏状钎料，将膏状钎料放置于钎缝附近的表层金属上；
(3)将阻焊剂涂抹于钎料周围，以免钎焊过程中钎料外流；
(4)将DZ40M合金零件放置于60～100℃烘箱内烘干0.5-2小时，并对表层钎料进行适当修整；然后将待修复零件放置于真空钎焊炉内进行钎焊，钎焊温度为1150～1240℃，保温时间为15-60分钟，焊后采用炉冷或气冷方式冷却，炉内真空度不低于5×10-2Pa。
6.根据权利要求5所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中，所述粘结剂为有机粘结剂或水溶性粘结剂。
7.根据权利要求5所述的DZ40M合金零件大间隙钎焊修复方法，其特征在于：进行大间隙钎焊修复后的零件表面目视检测合格，无可视性裂纹和未焊合缺陷，能够交付使用。
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