CN112001040A - 一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，包括：设计出薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件；通过在薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷；对薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的圆孔进行补焊；检测补焊后的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的宏观质量状况：选出满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件，进行力学性能测试及微观组织分析并得到补焊后铸件的力学性能数据和微观组织演化数据；对不满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件进行多次补焊，每次补焊是在其原圆孔的同心圆位置进行加工一直径小于上一次原圆孔的圆孔；依次重复上述补焊及补焊后的步骤，直到圆孔的直径达到最小设定值。

Description

一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法

技术领域

本发明涉及高温合金精密铸造缺陷修复领域，具体地，涉及一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法。

背景技术

航空发动机是飞机的核心装备，有“工业之花”的美誉，航空发动机的设计和制造水平对于提升飞机性能有决定性作用。人类历史上每一次航空领域的重大革命性突破，无不与航空动力技术的进步相关。第三代商用发动机对可靠性要求非常高，每百万飞行小时的空中停机要少于3次，热端部件寿命需要达到15000小时，这对高温合金大型复杂薄壁构件整体可靠性提出了更高的要求，促使高温合金整体精密铸造技术成为先进航空发动机热端部件制造的主流技术路线。上述高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，然而，高温合金结晶温度间隔宽，精密铸造时液态金属流动性差，极易产生欠浇、缩孔、缩松和夹渣等铸造缺陷。随着铸件壁厚越来越薄、变截面部位越来越多，成型过程出现“薄壁效应”和“变截面效应”，导致产生的铸造缺陷急剧增多，薄壁欠铸缺陷可以通过浇冒系统优化设计较好的消除，而对于难以通过铸造工艺优化完全消除的缩孔缩松和夹杂缺陷，工程实践上往往需要多次补焊处理才能达到技术要求中规定的缺陷水平。然而，补焊过程循环的加热与冷却过程，对补焊区力学性能与组织的影响规律不清楚，成为制约先进航空发动机研制和服役安全的关键问题之一。

经对现有技术的文献检索发现：徐涛等在《汽轮机技术》(2005年，第47卷，第4期，第313-314页)中研究发现高温合金的补焊受焊接工艺参数的影响比较大，焊接电流过大易产生热裂纹，过小又会产生未熔合，焊接区的清洁度和焊前清理对焊接质量影响重大，不洁的焊缝区会产生气孔和未熔合缺陷，焊接层数直接影响到接头的力学性能，焊接时母材越厚，其综合性能越难于保证，厚板的补焊不宜用于特别重要的零部件的焊接结构，焊接受热会影响到接头的综合性能,建议焊补次数一般不超过两次为宜。较好的揭示了焊接工艺对焊接缺陷的影响，其不足之处为工艺上表现为主要依赖工程师经验摸索，针对不同类型、尺寸的缺陷补焊，缺乏统一规范和标准，技术的可复制与可推广性较差，补焊次数的选择也缺乏理论与数据支持。

叶欣在《上海交通大学博士学位论文》(2015年)中以IN718镍基高温合金铸件为研究对象，对不同的母材原始状态和焊接线能量的TIG焊接头进行微观组织分析，基于微观组织、裂纹断口形貌的SEM分析、合金相图、物理性能和力学性能变化规律的热力学计算和3D热弹塑性FEM焊接热应力分析计算结果，较好的揭示了不同状态IN 718高温合金母材焊接时热裂纹萌生与扩展机制。然而，该研究并未给出工程实践中经常出现的同一部位多次焊补后的力学性能状况和微观演化情况，因此，对于工程实践的指导作用有限。

申请号为200910219970.X的中国发明专利，涉及到一种镍基变形高温合金环形机加火焰筒激光焊接修理方法。该专利针对工程构件火焰筒的烧蚀缺陷问题，首先对轻微烧蚀和氩弧焊难于补焊处采用激光熔敷焊接方法修复裂纹，接着采用激光焊接工艺进行原位切割、原位焊接，来解决烧蚀严重部位的故障排除，据称修复效果达到了预期效果，较好的降低了发动机的修理成本。虽然该专利给出了针对工程构件的补焊工艺方法，然而，该专利针对的变形高温合金因其微观组织与铸造高温合金差异巨大，其补焊工艺对铸造高温合金补焊缺乏有效的指导作用。此外，该专利也未给出修复次数限制确定方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，包括：

基于复杂薄壁高温合金铸件外形和尺寸特征，设计出用于薄板状铸件补焊性能评价的薄板状铸件和/或用于台阶铸件补焊性能评价的变截面台阶状铸件；

制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，在所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷；

对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行第一补焊，检测第一次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况：

-选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，进行力学性能测试及微观组织分析并得到补焊后铸件的力学性能数据和微观组织演化数据；

-对不满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行第二次补焊，在其原圆孔的同心圆位置加工一直径小于上一次原圆孔的圆孔，进行第二次补焊；检测经第二次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，同上，选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，对不满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行第三次补焊，重复上述补焊及检测补焊操作，且每次补焊的加工圆孔的直径递减，直到加工的圆孔的直径达到最小设定值；

针对每种牌号高温合金，通过对不同补焊次数铸件的力学性能测试与组织分析研究，考察不同补焊次数后力学性能下降情况，即考察微观组织粗化、有害相析出和焊接微裂纹出现情况，能获得不同牌号高温合金材料的补焊工艺性以及补焊次数限制，完成复杂薄壁高温合金铸件焊补性能综合评价。

优选地，在制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件之后，去除所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件表面铸造缺陷，并经无损检测确保所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件满足航标，然后在所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷。

优选地，所述对检测第一次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，其中，采用X射线和荧光对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行宏观质量状况的检测评价。

优选地，选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件之后，对选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，再进行力学性能测试及微观组织分析。

优选地，所述检测经第二次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，包括：

采用X射线和荧光检测评价所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件第二次补焊的宏观质量状况；

选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，再加工成力学性能测试试样，测试拉伸和疲劳性能；

最后进行微观组织分析。

优选地，对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行焊补，包括：选用与高温合金牌号匹配的焊丝对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行焊补。

优选地，制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，包括：

采用压蜡、组装和制壳工艺，制备型壳；

再将高温合金母合金熔炼后浇注到所述型壳中成型，得到所述薄板状铸件、所述变截面台阶状铸件。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述评价方法，采用基于复杂薄壁高温合金铸件广泛存在的大面积薄壁和变截面结构特征，抽象出共性的薄板状、变截面台阶状特征的铸件，进行补焊性能评价；有效克服了现有补焊机理研究严重脱离工程应用的弊端，对工程铸件补焊修复实践具有非常高的指导作用。

本发明上述评价方法，采用机加打孔模拟铸造缺陷，规避了实际铸造缺陷出现位置难以控制的问题，有利于揭示共性规律；而且通过不同补焊次数铸件的力学性能测试与组织分析研究，可以获得不同牌号高温合金材料的补焊工艺性以及补焊次数限制，对航空航天飞行器各类复杂薄壁高温合金铸件验收标准制定具有很强的参考价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的薄板状铸件的结构示意图；

图2a为本发明一优选实施例的变截面台阶状铸件的主视图；

图2b为本发明一优选实施例的变截面台阶状铸件的俯视图；

图3为本发明一优选实施例的薄板状铸件的结构示意图；

图4为本发明一优选实施例的薄板状铸件的微观组织相图；

图中标记分别表示为：1为薄板状铸件、2为第一圆孔、3为变截面台阶状铸件、5为第二圆孔、6为第三圆孔、7为第四圆孔、8为第五圆孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明一优选实施例中，复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法可以包括以下步骤：

S1,基于复杂薄壁高温合金铸件外形和尺寸特征，设计出用于薄板状铸件补焊性能评价的薄板状铸件和/或用于台阶铸件补焊性能评价的变截面台阶状铸件。在具体实施时，基于复杂薄壁高温合金铸件外形和尺寸特征，提取出共性结构参数，设计薄板状铸件用于对薄板状铸件补焊性能评价、设计变截面台阶状铸件用于对台阶铸件补焊性能评价。如果复杂薄壁高温合金铸件同时存在薄壁部位铸造缺陷及变截面部位缺陷，采用薄板状铸件和变截面台阶状铸件相结合进行评价。

S2，制备薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件，参照图1、图2a及图2b所示，在薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的中部加工圆孔模拟铸造缺陷。薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的制备方法可以采用压蜡、组装和制壳工艺，制备型壳，再将高温合金母合金熔炼后浇注到型壳中成型，得到薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件。

上述步骤在具体实施时，每种复杂薄壁高温合金铸件具有主要薄壁尺寸范围，比如机匣铸件2mm，变截面大约2mm-20mm。针对不同合金和不同铸件，选取其主要尺寸设计薄壁铸件和变截面试样，使制备的薄壁铸件或变截面台阶状铸件补焊研究的力学性能、组织和次数限制能用于指导具体高温合金铸件研制。例如，薄壁铸件长宽厚设计尺寸分别为100×20×1.5mm(2.5mm,5mm)；变截面台阶状铸件设计宽度为40mm，总长度为100mm，每个变截面台阶状长度为50mm，变截面台阶状设计厚度分别为2mm、4mm和16mm，并进行不同台阶厚度组合；每种尺寸制备出60组薄壁铸件和变截面台阶状(3，4)高温合金铸件。

S3，对薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的圆孔进行第一补焊，作为一优选方式，选用与高温合金牌号匹配的焊丝对薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的圆孔进行第一次补焊，采用X射线和荧光检测第一次补焊后的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的宏观质量状况：

-选出满足技术要求(即满足缺陷等级为Ⅰ级)的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件，进行力学性能测试及微观组织分析并得到补焊后铸件的力学性能数据和微观组织演化数据。

-对不满足技术要求(不满足缺陷等级为Ⅰ级)的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件进行第二次补焊，第二次补焊是先在薄板状铸件、变截面台阶状铸件上原圆孔的同心圆位置机加工一直径小于第一次补焊的圆孔，进行第二次补焊；检测经第二次补焊后的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的宏观质量状况，同上，选出满足技术要求(即满足缺陷等级为Ⅰ级)的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件，对不满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件进行第三次补焊，重复上述补焊及检测补焊操作，且每次补焊的加工圆孔的直径递减，直到加工的圆孔的直径达到最小设定值；通常情况下最小设定值为1mm，可以实现挖除补焊的最小区域，满足实际操作需求。参照图1、图2a及图2b所示，在一具体实施例中，分别对薄板状铸件、变截面台阶状铸件进行了5次补焊，每次补焊前在薄板状铸件、变截面台阶状铸件加工直径依次减小的第一圆孔2、第二圆孔5、第三圆孔6、第四圆孔7以及第五圆孔8。

S4，针对每种牌号高温合金，通过对不同补焊次数铸件的力学性能测试与组织分析研究，考察不同补焊次数后力学性能下降情况，即考察微观组织粗化、有害相析出和焊接微裂纹出现情况，能获得不同牌号高温合金材料的补焊工艺性以及补焊次数限制，完成复杂薄壁高温合金铸件焊补性能综合评价。

通过上述方法能方便的获得每次焊补修复后薄板状铸件和变截面台阶状铸件的力学性能和微观组织演化的准确数据，为复杂薄壁高温合金工程铸件补焊修复和验收标准的制定提供指导，也可为结构设计师合理的选择安全系数提供依据，此外，还可为高温合金牌号选择和成分优化提供数据支撑。针对每种牌号高温合金，通过对不同补焊次数铸件的力学性能测试与组织分析研究，考察不同补焊次数后力学性能下降情况，即考察微观组织粗化、有害相析出和焊接微裂纹出现情况，能获得不同牌号高温合金材料的补焊工艺性以及补焊次数限制，完成复杂薄壁高温合金铸件焊补性能综合评价。针对具体高温合金牌号，逐次焊补后，考察力学性能和微观组织及缺陷情况，当达到某次补焊次数后，出现两种情况：第一种情况，虽然缺陷检测合格，但是性能和组织不能达到技术要求；第二种情况，无论采用什么方式焊补缺陷都无法检验合格，说明到达了材料补焊极限，补焊次数越大，说明该高温合金牌号补焊工艺性能越好，补焊次数越小，说明该高温合金牌号补焊工艺性能越差。

在他部分优选实施例中，在制备薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件之后，以及在通过在薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷之前包括：去除薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件表面铸造缺陷，并经无损检测确保薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件满足航标。

在他部分优选实施例中，选出满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件之后，对选出满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，消除内应力，优化微观组织。

在他部分优选实施例中，再检测经第二次补焊后的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的宏观质量状况，包括：采用X射线和荧光检测评价薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件2第二次补焊的宏观质量状况，选出满足技术要求的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，再加工成力学性能测试试样，测试拉伸和疲劳性能，最后进行微观组织分析。

基于上述方法，以下结合具体应用实例来进一步说明实现的细节，但是这些细节不用于限定本发明。

在一应用实例中，以复杂薄壁IN718高温合金铸件为例，将IN718高温合金用于复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法中，进一步阐述上述复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法。具体的，复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法包括以下步骤：

S1，基于复杂薄壁高温合金铸件外形和尺寸特征，设计用于薄板状铸件补焊性能评价的薄板状铸件。

S2，制备不同尺寸(100×20×1.5mm(2.5mm,5mm))的多组薄板状IN718镍基高温合金铸件，在薄板状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷。其中，多组薄板状IN718镍基高温合金铸件的制备采用中温型蜡压制薄板蜡模，再经过传统的制壳工艺制作陶瓷模壳，模壳制备好后，在脱蜡釜中脱蜡，在焙烧炉中1020℃下焙烧30h，在半连续真空感应炉中熔炼IN718镍基高温合金，在IN718镍基高温合金过热至1600℃后精炼20min，降至浇注温度1530℃后，将精炼后的IN718镍基高温合金真空浇注到1020℃模壳中，浇注时间15s，浇注完毕后破真空，空冷，清理后，如图3所示，得到不同尺寸的多组薄板状铸件。

S3，对薄板状铸件的圆孔进行第一补焊，检测第一次补焊后的薄板状铸件和/或变截面台阶状铸件的宏观质量状况。其中，采用X射线和荧光检测薄板状铸件宏观质量状况，选出缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，按照航标规定的IN718高温合金均匀化(1095℃，保温1.5小时)和固溶(955℃，保温1小时)工艺进行热处理，采用立式钻孔机在经热处理后的薄板状铸件上加工直径5mm为圆孔，选用MFS0561-IN718焊丝，采用氩弧焊对薄板状铸件的圆孔进行第一补焊处理，检测第一补焊后的薄板状铸件的宏观质量状况，再次利用X射线和荧光检测第一次补焊后薄板宏观质量状况：

选出缺陷等级为Ⅰ级的薄板，进行固溶(955℃，保温1小时)和时效(720℃，保温8小时，炉冷至620℃，保温8小时)处理。根据GB/T 4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行650℃高温拉伸和常温疲劳性能测试和微观组织分析，发现第一次补焊后高温合金母材和焊补熔合良好，参照图4所示。

对第一次补焊后不满足缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，在原机加5mm圆孔的同心圆位置机加工出直径4mm的圆孔，进行第二次补焊处理，经第二次补焊后进行X射线和荧光检测。对满足缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，进行固溶(955℃，保温1小时)和时效(720℃，保温8小时，炉冷至620℃，保温8小时)处理后。根据GB/T 4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行650℃高温和常温疲劳性能测试。对于第二补焊后不满足缺陷等级的薄板状铸件，在原机加4mm圆孔的同心圆位置机加工出直径3mm的圆孔，进行第三次补焊，重复以上步骤，且每次圆孔的直径递减，直到直径为1mm。

S4，统计分析检测结果后发现，本实施例在补焊三次后，拉伸性能降低到母材50％，疲劳性能变为母材60％。而在第四次补焊后，过渡区出现大量脆性Laves相，力学性能已经降低到无法满足设计需求，因此，复杂薄壁IN718高温合金铸件的补焊次数限制为三次，建议铸件验收标准为同一部位补焊次数小于等于三次。因此，说明上述方法可以较好评价复杂薄壁IN718高温合金铸件焊补性能情况。

在另一应用实例中，以复杂薄壁K418B镍基高温合金铸件为例，将K418B镍基高温合金用于复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法中，进一步阐述上述复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法。具体的，复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法包括以下步骤：

S1，基于复杂薄壁K418B镍基高温合金铸件外形和尺寸特征，设计用于薄板状铸件补焊性能评价的薄板状铸件。

S2，制备不同尺寸(100×20×1.5mm(2.5mm,5mm))的多组薄板状铸件，在不同尺寸的多组薄板状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷。其中，上述薄板状铸件的制备包括：采用中温型蜡压制薄板蜡模，再经过传统的制壳工艺制作陶瓷模壳，模壳制备好后，在脱蜡釜中脱蜡，在焙烧炉中1000℃下焙烧20h，在半连续真空感应炉中熔炼K418B镍基高温合金，K418B镍基高温合金过热至1620℃后精炼10min，降至浇注温度1550℃后，将精炼后的K418B镍基高温合金真空浇注到1000℃模壳中，浇注时间7s，浇注完毕后破真空，空冷，清理后。

S3，对薄板状铸件的圆孔进行第一补焊，检测第一次补焊后的薄板状铸件的宏观质量状况。

具体的，采用X射线和荧光检测薄板状铸件宏观质量状况，选出缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，按照航标规定的K418B高温合金铸件进行标准热处理(1180℃，保温2小时，空冷)，采用立式钻孔机在经热处理后的薄板状铸件上加工圆孔5mm，选用IN625高温合金焊丝，采用氩弧焊对薄板状铸件的圆孔进行第一补焊处理，再次利用X射线和荧光检测补焊后薄板状铸件宏观质量状况：

选出缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，进行标准热处理(1180℃，保温2小时，空冷)。根据GB/T4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行1000℃高温拉伸和常温疲劳性能测试和微观组织分析，发现第一次补焊后高温合金母材和焊补熔合良好。

对第一次补焊后不满足缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，在原机加5mm圆孔的同心圆位置机加工出直径4mm的圆孔，进行第二次补焊处理，对第二次补焊后进行X射线和荧光检测。

对满足缺陷等级为Ⅰ级的薄板状铸件，进行标准热处理(1180℃，保温2小时，空冷)后，根据GB/T 4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行1000℃高温和室温疲劳性能测试。对不满足缺陷等级的薄板状铸件，在原机加4mm圆孔的同心圆位置机加工出直径3mm的圆孔，进行第三次补焊，重复以上步骤，而每次圆孔的直径递减，直到直径为1mm。

S4，统计分析检测结果后发现，补焊两次后，拉伸性能降低到母材60％，疲劳性能变为母材70％。而第三次补焊后，过渡区已经出现初熔相，且力学性能已经降低到无法满足设计需求，因此，K418B高温合金复杂薄壁铸件的补焊次数限制为两次，建议铸件验收标准为同一部位补焊次数小于等于两次。说明本发明可以较好评价复杂薄壁K418B高温合金铸件焊补性能情况，也说明本发明在评价高温合金补焊性能方面具有普适性。

在另一应用实例中，以复杂变截面台阶状IN718镍基高温合金铸件为例，将IN718镍基高温合金用于复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法中，进一步阐述上述复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法。具体的，复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法包括以下步骤：

S1，基于复杂变截面台阶状IN718镍基高温合金铸件的外形和尺寸特征，设计出用于台阶铸件补焊性能评价的变截面台阶状铸件。

S2，制备多组不同尺寸的变截面台阶状铸件，在不同尺寸的多组变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷。变截面台阶状铸件的尺寸为宽度为40mm，总长度为100mm、每变截面台阶长度为50mm、变截面台阶设计厚度分别为2mm、4mm和16mm；按变截面台阶的厚薄顺序组合为不同尺寸的变截面台阶状铸件。变截面台阶状铸件的制备包括：采用中温型蜡压制变截面台阶状蜡模，再经过传统的制壳工艺制作陶瓷模壳，模壳制备完成后，在脱蜡釜中脱蜡，在焙烧炉中1020℃下焙烧30h，在半连续真空感应炉中熔炼IN718镍基高温合金，合金过热至1600℃后精炼20min，降至浇注温度1530℃后，真空浇注到1020℃模壳中，浇注时间15s，浇注完毕后破真空，空冷，清理后。

S3，对变截面台阶状铸件的圆孔进行第一补焊，检测第一次补焊后的变截面台阶状铸件的宏观质量状况。

具体的，采用X射线和荧光检测变截面台阶状铸件宏观质量状况，选出缺陷等级为Ⅰ级的变截面台阶状铸件，按照航标规定的IN718高温合金均匀化(1095℃，保温1.5小时)和固溶(955℃，保温1小时)工艺进行热处理，采用立式钻孔机在经热处理后的变截面台阶状铸件上加工直径为5mm圆孔，选用MFS0561-IN718焊丝，采用氩弧焊进行第一次补焊处理，再次利用X射线和荧光检测第一补焊后变截面台阶状铸件宏观质量状况：

选出缺陷等级为Ⅰ级的薄板，进行固溶(955℃，保温1小时)和时效(720℃，保温8小时，炉冷至620℃，保温8小时)处理。根据GB/T 4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行650℃高温拉伸和常温疲劳性能测试和微观组织分析，发现第一次补焊后高温合金母材和焊补熔合良好。

对第一次补焊后不满足缺陷等级为Ⅰ级的变截面台阶状铸件，在原机加5mm圆孔的同心圆位置机加工直径4mm为圆孔，进行第二次补焊处理，对第二补焊后进行X射线和荧光检测：

对满足缺陷等级为Ⅰ级的变截面台阶状铸件，进行固溶(955℃，保温1小时)和时效(720℃，保温8小时，炉冷至620℃，保温8小时)处理后。根据GB/T 4338-2006和GB/T15248-2008制备拉伸和疲劳性能测试试样进行650℃高温和常温疲劳性能测试。

对不满足缺陷等级的变截面台阶状铸件，在原机加4mm圆孔的同心圆位置机加工直径3mm为圆孔，进行第三次补焊，重复以上步骤，而每次圆孔的直径递减，直到直径为1mm。

S4，统计分析检测结果后发现，补焊三次后，拉伸性能降低到母材55％，疲劳性能变为母材50％。而第四次补焊后，过渡区出现大量脆性Laves相，荧光检测也发现出现了微裂纹，力学性能已经降低到无法满足设计需求，因此，IN718高温合金复杂变截面台阶状铸件的补焊次数限制为三次，建议铸件验收标准为同一部位补焊次数小于等于三次。说明本发明也可以较好评价复杂变截面台阶状IN718高温合金铸件焊补性能情况。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，包括：

基于复杂薄壁高温合金铸件外形和尺寸特征，设计出用于薄板状铸件补焊性能评价的薄板状铸件和/或用于台阶铸件补焊性能评价的变截面台阶状铸件；

制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，在所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷；

对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行第一补焊，检测第一次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况：

-选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，进行力学性能测试及微观组织分析并得到补焊后铸件的力学性能数据和微观组织演化数据；

-对不满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行第二次补焊，在其原圆孔的同心圆位置加工一直径小于上一次原圆孔的圆孔，进行第二次补焊；检测经第二次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，同上，选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，对不满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行第三次补焊，重复上述补焊及检测补焊操作，且每次补焊的加工圆孔的直径递减，直到加工的圆孔的直径达到最小设定值；

针对每种牌号高温合金，通过对不同补焊次数铸件的力学性能测试与组织分析研究，考察不同补焊次数后力学性能下降情况，即考察微观组织粗化、有害相析出和焊接微裂纹出现情况，能获得不同牌号高温合金材料的补焊工艺性以及补焊次数限制，完成复杂薄壁高温合金铸件焊补性能综合评价。

2.根据权利要求1所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，在制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件之后，去除所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件表面铸造缺陷，并经无损检测确保所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件满足航标，然后在所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件上加工圆孔模拟铸造缺陷。

3.根据权利要求1所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，所述对检测第一次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，其中，采用X射线和荧光对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行宏观质量状况的检测评价。

4.根据权利要求1所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件之后，对选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，再进行力学性能测试及微观组织分析。

5.根据权利要求1所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，所述检测经第二次补焊后的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的宏观质量状况，包括：

采用X射线和荧光检测评价所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件第二次补焊的宏观质量状况；

选出满足技术要求的所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件进行航标规定的热处理，再加工成力学性能测试试样，测试拉伸和疲劳性能；

最后进行微观组织分析。

6.根据权利要求1-5任一项所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行焊补，包括：选用与高温合金牌号匹配的焊丝对所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件的圆孔进行焊补。

7.根据权利要求1-5任一项所述的复杂薄壁高温合金铸件补焊性能评价方法，其特征在于，制备所述薄板状铸件和/或所述变截面台阶状铸件，包括：

采用压蜡、组装和制壳工艺，制备型壳；

再将高温合金母合金熔炼后浇注到所述型壳中成型，得到所述薄板状铸件、所述变截面台阶状铸件。

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