CN111531263A - 一种gh4780合金的电子束焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金制造的技术领域,具体而言,涉及一种GH4780合金的电子束焊接方法。本发明的GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:将GH4780合金形成的组件进行电子束焊接;其中,加速电压为100~200kV,电子束流为30~90mA,聚焦电流为2100~2300mA,焊接速度为10~50mm/s,真空度<3×10‑2Pa。本发明的焊接方法能够合理控制电子束焊接热输入,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀性,提高合金锻件焊接接头力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及合金制造的技术领域,具体而言,涉及一种GH4780合金的电子束焊接方法。
背景技术
随着航空和航天等高科技领域的发展,对所用材料和器件提出了更高的要求。GH4780镍基高温合金具有良好的高温力学性能,可以用于航空发动机机匣、整流器、喷嘴等热端部件。目前,现有技术中关于GH4780合金的焊接工艺并没有报道。GH4780合金焊接接头的力学性能影响航空发动机的服役寿命。因此,进一步研究GH4780合金的相关焊接工艺以提高GH4780合金焊接接头力学性能至关重要。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种GH4780合金的电子束焊接方法,能够合理控制电子束焊接热输入,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀性,提高合金锻件焊接接头力学性能。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将GH4780合金形成的组件进行电子束焊接;
其中,加速电压为100~200kV,电子束流为30~90mA,聚焦电流为2100~2300mA,焊接速度为10~50mm/s,真空度<3×10-2Pa。
优选地,所述GH4780合金为合金板。
优选地,将两块成分相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接。
优选地,所述焊接的厚度为6~13mm。
优选地,所述焊接的厚度为8~11mm。
优选地,所述加速电压为120~200kV,所述电子束流为40~80mA,所述聚焦电流为2100~2250mA,所述焊接速度为15~45mm/s,所述真空度<2.5×10-2Pa。
优选地,所述加速电压为140~200kV,所述电子束流为50~70mA,所述聚焦电流为2100~2200mA,所述焊接速度为20~35mm/s,所述真空度为1×10-2~2.5×10-2Pa。
优选地,所述加速电压为170~195kV,所述电子束流为55~68mA,所述聚焦电流为2100~2170mA,所述焊接速度为22~30mm/s,所述真空度为1.1×10-2~2.2×10-2Pa。
优选地,对电子束焊接后的GH4780合金的焊接接头进行热处理;
优选地,所述热处理包括以下步骤:
将所述焊接接头于770~785℃进行第一次保温处理后,冷却至710~725℃进行第二次保温处理,再冷却至10~30℃;
优选地,所述第一次保温处理的时间为7~9h;
所述冷却至710~725℃的冷却速度为60~80℃/h;
所述第二次保温处理的时间为7~9h。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明特定的一种GH4780合金电子束焊接方法能够合理控制电子束焊接热输入,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀性,提高合金锻件焊接接头力学性能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用仪器或设备未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将GH4780合金形成的组件进行电子束焊接;
其中,加速电压为100~200kV,电子束流为30~90mA,聚焦电流为2100~2300mA,焊接速度为10~50mm/s,真空度<3×10-2Pa。
电子束焊接技术是将高能电子束作为加工热源,用高能量密度的电子束轰击焊件接头处的金属并使其快速熔融,再迅速冷却来达到焊接的目的。
采用电子束焊接技术具备以下优点:(1)电子束焊接在真空中进行,焊缝的化学成分纯净、稳定,焊缝质量高,接头强度高;(2)电子束焊接速度快,热影响区小,焊接热变形小;(3)由于电子束焊接的能量密度高,因此可以焊接一般电弧焊难以实现的焊缝;(4)适用于焊接几乎所有的金属材料;(5)电子束焊接可获得深宽比大的焊缝,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;(6)电子束焊接结合计算机技术,实现工艺参数的精确控制。
本发明中GH4780合金是由如下重量百分比的组分组成:锆0.005%~0.07%,碳0.06%~0.12%,铬22%~23%,钼≤0.2%,钨1.8%~2.2%,钴18.5%~19.5%,铁≤0.7%,铌0.65%~0.95%,铝1.1%~1.4%,钛2.1%~2.4%,磷≤0.015%,硼0.002%~0.007%,钽0.85~1.15%,铜≤0.1%,锰≤0.1%,硅≤0.15%,钒≤0.1%,镁≤0.007%,硫≤0.007%,余量为镍。
在一种实施方式中,所述GH4780合金是由如下重量百分比的组分组成:锆0.009%,碳0.09%,铬22.31%,钼0.08%,钨1.92%,钴18.91%,铁0.09%,铌0.86%,铝1.2%,钛2.3%,磷0.008%,硼0.004%,钽1.05%,铜0.005%,锰0.005%,硅0.09%,钒0.006%,镁0.003%,硫0.0002%,余量为镍。
焊接前须严格清理工件表面的氧化物,油污,否则会导致焊缝产生一定的缺陷,进而使接头的力学性能下降;还会导致抽真空的时间延长,影响电子枪工作的稳定性,降低真空泵的使用寿命。
进一步在焊接前对工件进行预热处理;预热可采用气焊抢,加热炉,感应加热或者红外辐射加热等。
本发明的方法能够合理控制电子束焊接热输入,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀性,提高合金焊接接头力学性能。
在一种实施方式中,所述加速电压为100~200kV,还可以选择110kV、120kV、130kV、140kV、150kV、160kV、170kV、180kV或190kV。
加速电压是电子束焊接的一个重要参数,本发明选择合适的加速电压(100~200kV)可得到适宜的焊缝熔深,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀形,进一步提高GH4780合金焊接接头的力学性能。
在一种实施方式中,所述电子束流为30~90mA,还可以选择30mA、35mA、40mA、45mA、50mA、55mA、60mA、65mA、70mA、75mA、75mA、80mA或85mA。
电子束流和加速电压共同决定着电子束焊接的功率,本发明采用适宜的电子束流(30~90mA)使热输入保持在适宜的范围,进而使熔深和熔宽保持在适宜的范围,避免产生焊接缺陷和热裂纹,保证焊接接头组织均匀性和稳定性。
在一种实施方式中,所述聚焦电流为2100~2300mA,还可以选择2110mA、2120mA、2130mA、2140mA、2150mA、2160mA、2170mA、2180mA、2190mA、2200mA、2210mA、2220mA、2230mA、2240mA、2250mA、2260mA、2270mA、2280mA或2290mA。
电子束聚焦状态对焊缝的熔深和其形成有较大的影响。焦点变小可使焊缝变窄,熔深增加。本发明采用适宜的聚焦电流(2100~2300mA),更有利于提高GH4780合金焊接接头的力学性能。
在一种实施方式中,所述焊接速度为10~50mm/s,还可以选择15mm/s、20mm/s、25mm/s、30mm/s、35mm/s、40mm/s、45mm/s。
焊接速度主要影响焊缝的熔深、熔宽、熔池的冷却、凝固等。本发明焊接速度为10~50mm/s,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀形,提高GH4780合金锻件焊接接头力学性能。
在一种实施方式中,所述真空度<3×10-2Pa,还可以选择0.5×10-2Pa、1×10-2Pa、1.5×10-2Pa、2×10-2Pa或×10-2Pa。
电子束焊接接头易出现熔深不均、塌陷、气孔和热裂纹等焊接缺陷。本发明特定的加速电压,电子束流,聚焦电流,焊接速度,真空度相配合可更好地消除上述缺陷,进一步提高GH4780合金焊接接头的力学性能。
本发明的GH4780合金的组件可以是对接、角接、T型连接等。
优选地,所述GH4780合金为合金板。
本发明GH4780合金为合金板的制备方法包括:利用真空感应熔炼和真空自耗重熔;或真空感应熔炼、电渣重熔、真空自耗重熔工艺相结合进行冶炼,多火次锻造和机加工制得。
优选地,将两块成分相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接。
优选地,所述焊接的厚度为6~13mm。
优选地,所述焊接的厚度为8~11mm。
本发明焊接的厚度即表示合金板形成的对接焊缝的深度。
优选地,所述加速电压为120~200kV,所述电子束流为40~80mA,所述聚焦电流为2100~2250mA,所述焊接速度为15~45mm/s,所述真空度<2.5×10-2Pa。
优选地,所述加速电压为140~200kV,所述电子束流为50~70mA,所述聚焦电流为2100~2200mA,所述焊接速度为20~35mm/s,所述真空度为1×10-2~2.5×10-2Pa。
优选地,所述加速电压为170~195kV,所述电子束流为55~68mA,所述聚焦电流为2100~2170mA,所述焊接速度为22~30mm/s,所述真空度为1.1×10-2~2.2×10-2Pa。
优选地,所述加速电压为200kV,所述电子束流为60mA,所述聚焦电流为2100mA,所述焊接速度为30mm/s,所述真空度为1.1×10-2~2.2×10-2Pa。
通过进一步优化GH4780合金的电子束焊接条件,提高GH4780合金焊接接头的力学性能,进而延长航空发动机的服役寿命。
优选地,对电子束焊接后的GH4780合金的焊接接头进行热处理;
优选地,所述热处理包括以下步骤:
将所述焊接接头于770~785℃进行第一次保温处理后,冷却至710~725℃进行第二次保温处理,再冷却至10~30℃;
优选地,所述第一次保温处理的时间为7~9h;
所述冷却至710~725℃的冷却速度为60~80℃/h;
所述第二次保温处理的时间为7~9h。
在一种实施方式中,所述第一次保温处理的温度为770~785℃,还可以选择771℃、772℃、773℃、774℃、775℃、776℃、777℃、778℃、779℃、780℃、781℃、782℃、783℃或784℃。
在一种实施方式中,所述第一次保温处理的保温时间为7~9h还可以选择7.1h、7.2h、7.3h、7.4h、7.5h、7.6h、7.7h、7.8h、7.9h、8h、8.1h、8.2h、8.3h、8.4h、8.5h、8.6h、8.7h、8.8h或8.9h。
在一种实施方式中,所述冷却至710~725℃的冷却速度为60~80℃/h,还可以先选择61℃/h、62℃/h、63℃/h、64℃/h、65℃/h、66℃/h、67℃/h、68℃/h、69℃/h、70℃/h、71℃/h、72℃/h、73℃/h、74℃/h、75℃/h、76℃/h、77℃/h、78℃/h或79℃/h。
在一种实施方式中,所述第二次保温处理的温度为710~725℃,还可以选择710℃/h、711℃/h、712℃/h、713℃/h、714℃/h、715℃/h、716℃/h、717℃/h、718℃/h、719℃/h、720℃/h、721℃/h、722℃/h、723℃/h或724℃/h。
在一种实施方式中,所述第二次保温处理的保温时间为7~9h,还可以选择7.1h、7.2h、7.3h、7.4h、7.5h、7.6h、7.7h、7.8h、7.9h、8h、8.1h、8.2h、8.3h、8.4h、8.5h、8.6h、8.7h、8.8h或8.9h。
本发明进一步的热处理工艺可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,并有脱脂除气等作用,从而达到表面光亮净化的效果。并且,可进一步提高GH4780合金焊接接头的力学性能。
优选地,所述热处理在真空热处理炉中进行;
真空热处理炉热效率高,可实现快速升温和降温,可实现无氧化、无脱碳、无渗碳,并有脱脂除气等作用,从而达到表面光亮净化的效果。
优选地,所述冷却至10~30℃包括:充入循环氩气进行冷却。
本发明充入循环氩气并将焊接的工件冷却至室温。
在一种优选的实施方式中,所述GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将GH4780合金形成的组件进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:6~13mm;
加速电压:100~200kV;
电子束流:30~90mA;
聚焦电流:2100~2300mA;
焊接速度:10~50mm/s;
真空度:<3×10-2Pa;
所述热处理包括以下步骤:利用真空热处理炉,将电子束焊接后的GH4780焊接接头在770~785℃保温7~9h,然后以60~80℃/h冷速降至710~725℃保温7~9h,充入循环氩气冷却至10~30℃。
下面将结合具体的实施例和对比例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:100kV;
电子束流:30mA;
聚焦电流:2300mA;
焊接速度:10mm/s;
真空度:<3×10-2Pa;
所述热处理包括以下步骤:利用真空热处理炉,在780℃保温8h,然后以70℃/h冷速降至720℃保温8h,充入循环氩气冷却至室温。
所述GH4780合金是由如下重量百分比的组分组成:锆0.009%,碳0.09%,铬22.31%,钼0.08%,钨1.92%,钴18.91%,铁0.09%,铌0.86%,铝1.2%,钛2.3%,磷0.008%,硼0.004%,钽1.05%,铜0.005%,锰0.005%,硅0.09%,钒0.006%,镁0.003%,硫0.0002%,余量为镍。
实施例2
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:150kV;
电子束流:90mA;
聚焦电流:2300mA;
焊接速度:30mm/s;
真空度:<3×10-2Pa;
所述GH4780合金的成分同实施例1。
所述热处理同实施例1。
实施例3
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:200kV;
电子束流:60mA;
聚焦电流:2100mA;
焊接速度:30mm/s;
真空度:<3×10-2Pa;
所述GH4780合金的成分同实施例1。
所述热处理同实施例1。
实施例4
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:120kV;
电子束流:80mA;
聚焦电流:2250mA;
焊接速度:15mm/s;
真空度:<2.5×10-2Pa;
所述GH4780合金的成分同实施例1。
所述热处理同实施例1。
实施例5
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:190kV;
电子束流:40mA;
聚焦电流:2240mA;
焊接速度:45mm/s;
真空度:<2.5×10-2Pa;
所述GH4780合金的成分同实施例1。
所述热处理同实施例1。
实施例6
一种GH4780合金的电子束焊接方法,包括以下步骤:
将两块相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接,再进行热处理;
所述电子束焊接的工艺条件如下:
焊接厚度:10mm;
加速电压:180kV;
电子束流:65mA;
聚焦电流:2150mA;
焊接速度:45mm/s;
真空度:<2.2×10-2Pa;
所述GH4780合金的成分同实施例1。
所述热处理同实施例1。
对比例1
一种GH4780合金的电子束焊接方法,除加速电压为90kV;电子束流为100mA;聚焦电流为2000mA;其他条件同实施例3。
与实施例3不同的是,本对比例中的加速电压、电子束流、聚焦电流不在本发明要保护的范围之内。
对比例2
一种GH4780合金的电子束焊接方法,除焊接速度为5mm/s,其他操作条件同实施例3。
与实施例3不同的是,本对比例的焊接速度不在本发明要保护的范围之内。
对比例3
一种GH4780合金的电子束焊接方法,除焊接速度为60mm/s,其他操作条件同实施例3。
与实施例3不同的是,本对比例的焊接速度不在本发明要保护的范围之内。
实验例1
将本发明实施例和对比例得到的GH4780合金焊接接头测定在室温下进行拉伸以及在760℃条件下进行拉伸时的力学性能。如表1所示。
表1 GH4780合金焊接接头的力学性能测试结果
本发明的GH4780合金的电子束焊接方法,能够合理控制电子束焊接热输入,避免产生焊接缺陷和热裂纹,提高焊缝熔融金属成分和组织均匀性,提高合金焊接接头力学性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,包括以下步骤:
将GH4780合金形成的组件进行电子束焊接;
其中,加速电压为100~200kV,电子束流为30~90mA,聚焦电流为2100~2300mA,焊接速度为10~50mm/s,真空度<3×10-2Pa。
2.根据权利要求1所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述GH4780合金为合金板。
3.根据权利要求2所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,将两块成分相同的GH4780合金板对接后进行电子束焊接。
4.根据权利要求3所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述焊接的厚度为6~13mm。
5.根据权利要求4所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述焊接的厚度为8~11mm。
6.根据权利要求1所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述加速电压为120~200kV,所述电子束流为40~80mA,所述聚焦电流为2100~2250mA,所述焊接速度为15~45mm/s,所述真空度<2.5×10-2Pa。
7.根据权利要求1所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述加速电压为140~200kV,所述电子束流为50~70mA,所述聚焦电流为2100~2200mA,所述焊接速度为20~35mm/s,所述真空度为1×10-2~2.5×10-2Pa。
8.根据权利要求1所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述加速电压为170~195kV,所述电子束流为55~68mA,所述聚焦电流为2100~2170mA,所述焊接速度为22~30mm/s,所述真空度为1.1×10-2~2.2×10-2Pa。
9.根据权利要求1~8任一项所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,对电子束焊接后的GH4780合金的焊接接头进行热处理。
10.根据权利要求9所述的GH4780合金的电子束焊接方法,其特征在于,所述热处理包括以下步骤:
将所述焊接接头于770~785℃进行第一次保温处理后,冷却至710~725℃进行第二次保温处理,再冷却至10~30℃;
优选地,所述第一次保温处理的时间为7~9h;
所述冷却至710~725℃的冷却速度为60~80℃/h;
所述第二次保温处理的时间为7~9h。
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