CN114101886B - 一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法。包括：第一步骤，将两个膜片分别用干净汽油进行超声波清洗，然后再用丙酮擦洗晾干；第二步骤，将两个膜片以及锰基焊料环通过焊接夹具固定形成待焊件，其中，锰基焊料环放置在两个膜片之间并且锰基焊料环与膜片焊接边齐平；第三步骤，将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，采用真空电子束进行焊接，其中，真空度达到7×10‑ 3mbar后准备焊接，所述电子束焊采用聚焦方式对膜片待焊部位进行焊接，形成焊接接头；第四步骤，焊后对焊接接头进行气密性检查。该方法抑制了焊缝热裂纹的形成，提高了焊缝质量。

Description

一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法。
背景技术
镍基高温合金是航空、航天和国防等领域的关键金属材料，广泛应用于发动机的高温部件。由于其具有良好的高温组织稳定性、抗氧化腐蚀性能和焊接性能，以及优异的抗疲劳和抗蠕变性能，已成为当前应用最为广泛的高温合金之一。
电子束焊接是一种高能量密度的焊接方法，通过电子枪产生的高速、高密度的电子束，轰击焊件的接头处，形成焊缝。相较于常规熔焊，电子束焊接具有热输入量小，热影响区窄，焊接变形小及在真空环境下焊缝纯净等特点。电子束焊接在航空航天等高端制造领域，得到广泛应用。同时，因其不会显著降低焊接接头的力学性能，电子束焊也逐渐被公认为是高温合金的最佳焊接方法。
近年来，采用电子束焊接镍基高温合金材料的发动机构件的比重越来越大。现有的电子束焊接工艺，均采用母材自熔的方式形成焊接接头，但由于高温合金自身属性的原因，在焊接过程中会产生低熔点化合物，并在晶间聚集，易形成焊缝热裂纹。目前，主流方法是通过改善散热条件和优化工艺参数等措施，减少焊缝裂纹倾向，但是改善效果有限。
对于超薄件的高温合金焊接，极易在焊缝部位形成显微热裂纹，造成焊缝泄漏，导致产品失效。
发明内容
本发明的目的：提供一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法，减少焊缝热裂纹。
本发明的技术方案：
一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法，包括：
第一步骤，将两个膜片分别用干净汽油进行超声波清洗，然后再用丙酮擦洗晾干；
第二步骤，将两个膜片以及锰基焊料环通过焊接夹具固定形成待焊件，其中，锰基焊料环放置在两个膜片之间并且锰基焊料环与膜片焊接边齐平；
第三步骤，将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，采用真空电子束进行焊接，其中，真空度达到7×10-3mbar后准备焊接，所述电子束焊采用聚焦方式对膜片待焊部位进行焊接，形成焊接接头；
第四步骤，焊后对焊接接头进行气密性检查。
进一步地，第二步骤，具体包括：对膜片内圆焊接时，将内圆锰基焊料环放置在两个膜片之间形成膜片内圆组件，内圆锰基焊料环的内径与膜片内圆焊接边齐平，膜片内圆组件由两个膜片背靠背内圆焊接形成。
进一步地，第二步骤，具体包括：对膜片外圆焊接时，将外圆锰基焊料环放置在两个膜片内圆组件之间，外圆锰基焊料环的外径与膜片内圆组件的外圆焊接边齐平。
进一步地，膜片为厚度≤0.2mm的镍基高温合金膜片。
进一步地，锰基焊料环的厚度≤0.1mm。
进一步地，第三步骤中，焊接参数包括：加速电压：30kV-50kV，束射电流：0.2mA-3mA，膜片直径：10mm-150mm，焊接速度：1r/min-15r/min。
进一步地，第四步骤，具体为：使用氦质谱检漏仪检查焊缝气密性。
进一步地，第二步骤之前，还包括：加工锰基焊料环，加工步骤为：备料、清洗、冷轧、修剪、落料、冲孔、清洗；来料状态为硬态时，冷轧前需进行真空退火处理。
本发明的有益效果：
本发明通过增加锰基焊料环，将锰基焊料中的Mn过渡到焊缝中，形成高熔点化合物Mn2Nb，有效减少了低熔点化合物Ni3Nb在焊缝晶界处偏析，从而减少了由焊接应力引起的焊缝热裂纹的产生，提高了焊接接头质量。
附图说明
图1为膜片内圆焊接示意图；
图2为膜片外圆焊接示意图。
其中，膜片1，内圆锰基焊料环2，外圆锰基焊料环3。
具体实施方式
对于厚度在0.2mm以下的镍基高温合金材料，焊接热裂纹控制有限。对此，本发明利用锰基焊料，对高温合金膜片进行电子束焊，可有效避免低熔点化合物的偏析，抑制焊缝热裂纹的形成，提高焊缝质量。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2，本发明发热电子束焊接镍基高温合金膜片的方法，包括以下步骤：
第一步骤，将两个膜片分别用干净汽油进行超声波清洗，清洗后进行烘干，然后再将干净的白色绸布用丙酮浸湿，对待焊部位擦拭，擦拭后晾干，膜片表面干净无异物，避免焊接过程中产生裂纹、夹杂等缺陷。
进一步地，第一步骤，膜片为厚度≤0.2mm的镍基高温合金膜片。
第二步骤，将两个膜片以及锰基焊料环通过焊接夹具固定形成待焊件，其中，锰基焊料环放置在两个膜片之间并且锰基焊料环与膜片焊接边齐平。
进一步地，第二步骤，分为膜片内圆焊接和膜片外圆焊接。
进一步地，第二步骤，对膜片内圆焊接时，将内圆锰基焊料环放置在两个膜片之间形成膜片内圆组件，内圆锰基焊料环的内径与膜片内圆焊接边齐平，膜片内圆组件由两个膜片背靠背内圆焊接形成。
进一步地，第二步骤，对膜片外圆焊接时，将干净的白色绸布用丙酮浸湿，对两个膜片内圆组件的待焊部位进行擦拭，擦拭后晾干，将外圆锰基焊料环放置在两个膜片内圆组件之间，外圆锰基焊料环的外径与膜片内圆组件的外圆焊接边齐平。
第三步骤，将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，采用真空电子束进行焊接，其中，真空度达到7×10-3mbar后准备焊接，所述电子束焊采用聚焦方式对膜片待焊部位进行焊接，形成焊接接头。
进一步地，第三步骤中，焊接参数包括：加速电压：30kV-50kV，束射电流：0.2mA-3mA，膜片直径：10mm-150mm，焊接速度：1r/min-15r/min。
第四步骤，焊后对焊接接头进行气密性检查。
进一步地，第四步骤，具体为：使用氦质谱检漏仪检查焊缝气密性，将待检的膜片组件两端的圆周方向涂抹适量的真空封脂，并放入气检夹具中，采用喷吹法对膜片组件的全部焊缝进行氦质谱检漏，要求氦质谱检漏仪读数小于1.3×10-11Pa·m3/s。
进一步地，锰基焊料环的厚度≤0.1mm，其成分为锰基钎料BMn70NiCr。
进一步地，第二步骤之前，还包括：加工锰基焊料环，加工步骤为：备料、清洗、冷轧、修剪、落料、冲孔、清洗；来料状态为硬态时，冷轧前需进行真空退火处理。
进一步地，锰基焊料环的具体加工方法如下：
(1)备料 锰基钎料BMn70NiCr，带材，厚度0.20mm；
(2)清洗 汽油清洗带材，纱布擦干，表面不应有污渍；
(3)真空退火 注：不影响冷轧时不进行，真空退火后应进行清洗，然后再冷轧；
(4)冷轧 将带材由0.20mm轧至0.07mm；
(5)修剪 剪去带材两端厚度不均匀和形状不规则部分；
(6)落料 按锰基焊料环所需外径，冲切出相应直径的圆片；
(7)冲孔 以圆片外径定位后，冲同心孔，孔径尺寸与膜片内径相同；
(8)清洗 用干净的汽油清洗冲孔后的焊料环，然后晾干或擦干，表面不应有污渍。
实施例
焊接母材选用厚度为0.16mm的GH4169膜片，膜片外径为50mm，内径为30mm。焊前将膜片用干净汽油进行超声波清洗，然后再用丙酮擦洗晾干，膜片表面干净无异物。锰基焊料环厚度为0.07mm，锰基焊料环经过备料、清洗、冷轧、修剪、落料、冲孔、清洗等工序制成。将锰基焊料环放入两个膜片之间，锰基焊料环边缘与膜片焊接边齐平，置于焊接夹具中进行固定。将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，当真空度达到7×10-3mbar后准备焊接，电子束焊采用聚焦方式对膜片端部进行焊接，形成焊接接头。先进行膜片内圆焊接，再进行膜片外圆焊接。内圆焊接参数为加速电压：40kV，束射电流：0.7mA，焊接速度：5r/min；外圆焊接参数为加速电压：40kV，束射电流：0.7mA，焊接速度：6r/min。焊接10组。
对比例
焊接母材选用厚度为0.16mm的GH4169膜片，膜片外径为50mm，内径为30mm。焊前将膜片用干净汽油进行超声波清洗，然后再用丙酮擦洗晾干，膜片表面干净无异物。将膜片置于焊接夹具中进行固定。将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，当真空度达到7×10-3mbar后准备焊接，电子束焊采用聚焦方式对膜片端部进行焊接，形成焊接接头。先进行膜片内圆焊接，再进行膜片外圆焊接。内圆焊接参数为加速电压：40kV，束射电流：0.7mA，焊接速度：5r/min；外圆焊接参数为加速电压：40kV，束射电流：0.7mA，焊接速度：6r/min。焊接10组。
将实施例与对比例中焊成的膜片组件，使用氦质谱检漏仪检查焊缝气密性。规定，氦质谱检漏仪读数小于1.3×10-11Pa·m3/s，则表示焊缝气密性合格。结果表明：使用专利中锰基焊料环的焊件，焊缝气密性合格率为100％，焊缝气密性良好；未使用专利中锰基焊料环的焊件，焊缝气密性合格率为60％，焊缝气密性表现不佳。
本发明利用锰基焊料进行高温合金膜片电子束焊时，可将锰基焊料中的Mn过渡到焊缝中，形成高熔点化合物Mn2Nb，有效减少了低熔点化合物Ni3Nb在焊缝晶界处偏析，从而减少了由焊接应力引起的焊缝热裂纹的产生，提高了焊接接头质量。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电子束焊接镍基高温合金膜片的方法，其特征在于，镍基高温合金膜片为厚度小于等于0.2mm的GH4169膜片，所述方法包括：
第一步骤，将两个膜片分别用干净汽油进行超声波清洗，然后再用丙酮擦洗晾干；
第二步骤，将两个膜片以及锰基焊料环通过焊接夹具固定形成待焊件，其中，锰基焊料环放置在两个膜片之间并且锰基焊料环与膜片焊接边齐平；
第三步骤，将通过焊接夹具固定的待焊件放入真空室中，采用真空电子束进行焊接，其中，真空度达到7×10-3mbar后准备焊接，所述电子束焊采用聚焦方式对膜片待焊部位进行焊接，形成焊接接头；
第四步骤，焊后对焊接接头进行气密性检查。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤，具体包括：对膜片内圆焊接时，将内圆锰基焊料环放置在两个膜片之间形成膜片内圆组件，内圆锰基焊料环的内径与膜片内圆焊接边齐平，膜片内圆组件由两个膜片背靠背内圆焊接形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第二步骤，具体包括：对膜片外圆焊接时，将外圆锰基焊料环放置在两个膜片内圆组件之间，外圆锰基焊料环的外径与膜片内圆组件外圆焊接边齐平。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，锰基焊料环的厚度≤0.1mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步骤中，焊接参数包括：加速电压：30kV-50kV，束射电流：0.2mA-3mA，膜片直径：10mm-150mm，焊接速度：1r/min-15r/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步骤，具体为：使用氦质谱检漏仪检查焊缝气密性。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步骤之前，还包括：加工锰基焊料环，具体加工步骤为：备料、清洗、冷轧、修剪、落料、冲孔、清洗；来料状态为硬态时，冷轧前需进行真空退火处理。
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