CN111531263A - 一种gh4780合金的电子束焊接方法 - Google Patents

一种gh4780合金的电子束焊接方法 Download PDF

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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

一种GH4780合金的电子束焊接方法
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
Figure BDA0002491860900000131
Figure BDA0002491860900000141
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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