CN114571024B - 一种减少gh3536蜂窝与gh4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺 - Google Patents

一种减少gh3536蜂窝与gh4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，属于镍基高温合金的焊接技术领域。包括以下步骤：去除待焊接表面的氧化皮、油污及其他杂质；对蜂窝和环件组合件进行装配和定位；预置钎料，其中钎料熔点为985‑995℃，硼含量不高于2.5wt.％，且用量控制在填满焊缝所需用量的2倍左右；真空钎焊处理，其中钎焊温度为1030‑1040℃，保温时间为6‑10min。本发明通过优化钎焊保温温度和保温时间，严格控制钎料中硼元素含量以及钎料用量，在减少母材合金溶蚀方面具有意想不到的效果，进而提高了蜂窝的结构强度。经本发明工艺处理后，730℃条件下钎焊接头抗拉强度约为290MPa，完全满足技术条件要求。

Description

一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊 工艺
技术领域
本发明属于镍基高温合金的焊接技术领域，具体涉及一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺。
背景技术
高温合金又被称为“超合金”，是随着航空工业而发展起来的一种具有优异高温力学性能、抗氧化性及组织稳定性的金属材料。在先进航空发动机研制中，高温合金用量已占到发动机总重量的40％-60％。镍基高温合金以镍为基体，其综合性能优良，且成本相对较低，逐渐成为推动发动机技术进步的关键材料。
随着镍基高温合金在航空发动机上的不断推广，相关的加工技术，尤其是焊接技术备受关注。GH3536合金是一种固溶强化型镍基高温合金，具有热强性高、冷热加工成形性好的优点。通过激光点焊工艺加工而成的GH3536蜂窝结构在航空发动机上被广泛使用。GH4738是一种γ′相析出强化型镍基高温合金，其加工塑性良好，组织性能稳定，适用于制作涡轮盘、导叶内环等大尺寸锻造环件。在某型号航空发动机生产时，为提高导叶内环密封效果需将GH3536蜂窝结构与GH4738环件通过焊接的方式连接。针对薄壁、小尺寸的蜂窝结构，传统的熔焊、扩散焊等方法适用性不佳；而真空钎焊焊接温度低、焊后应力小，拥有极大的技术优势，是理想的焊接方法。
真空钎焊保温过程中，合金母材向钎料溶解易形成凹坑等溶蚀缺陷，对薄板结构而言甚至可能产生穿孔。专利(公开号：CN105014173A)提出了一种可减少溶蚀的铝合金真空钎焊方法，通过控制低温预热、中温预热等工艺流程，减少了溶蚀现象的产生，提高了焊缝质量。但该方法使用铝硅系等熔点较低的钎料，针对的是铝合金的焊接，并不适用于镍基高温合金。
采用现有的钎焊工艺连接GH3536蜂窝和GH4738环件时，液态钎料对蜂窝脚溶蚀剧烈，降低了蜂窝的结构强度，严重阻碍了真空钎焊合金组件的发展和应用。因此，研究出一种合适的减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺显得尤为必要。
发明内容
本发明提出了一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，该方法通过控制真空钎焊过程中的保温温度和保温时间，优化钎料成分及用量，在保证接头强度的同时大幅度减少了钎焊后合金组合件的溶蚀。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：采用线切割的方法将GH3536蜂窝加工成所需尺寸；依次采用400#、800#和1200#砂纸打磨GH3536蜂窝和GH4738环件的待焊接面，去除母材合金表面氧化皮并得到光滑表面；用丙酮擦拭母材表面，去除油污及其他杂质；
步骤2：采用枪式电极将GH3536蜂窝定位到GH4738环件上，完成装配和定位；
步骤3：将配置好的膏状钎料均匀涂覆至蜂窝与GH4738环件之间，并在二者结合面周围涂抹阻流剂以阻挡钎焊过程中钎料流淌；所述钎料为镍基钎料，熔点为985-995℃，硼含量不得高于2.5wt.％；钎料用量应控制在填满焊缝所需用量的2倍左右；
步骤4：将装配好的组合件放入真空钎焊炉，抽炉内真空度至10-3Pa以下；钎焊炉以5-15℃/min的速率升温至700-900℃，保温10-40min对组合件进行预热；钎焊炉以5-10℃/min的速率升温至1030-1040℃，保温6-10min进行钎焊；组合件随炉冷却至800℃以下时，钎焊炉内充高纯氩气加速冷却，直至降到100℃以下时出炉。
进一步地，步骤4中充氩气进行强冷前，炉内必须保持抽高真空，不得关闭抽真空系统。
进一步地，步骤4中充入氩气的同时打开风扇增加冷却速率。
本发明较好的解决了GH3536蜂窝与GH4738环件组合件在真空钎焊过程中的溶蚀问题，其有益效果主要表现在：
1)使用熔点为985-995℃的镍基钎料，在此基础上选择与之匹配的钎焊工艺参数：钎焊温度为1030-1040℃、钎焊保温时间为6-10min，在保证钎料流动性的前提下，减轻了因长时间高温暴露而导致的合金溶蚀，提高了GH3536蜂窝的结构强度。此外，通过将钎料中硼元素含量控制在2.5wt.％以下，减轻了其向母材合金过多的渗透，在减少母材合金溶蚀方面具有意想不到的效果。
2)本发明采用膏状钎料，容易实现用量的控制；通过严格控制钎料用量，有利于降低母材溶蚀程度。
3)本发明的工艺完备、操作效率高、应用效果好，在GH3536蜂窝与GH4738环件组合件中开展应用，减少了母材合金溶蚀的同时，可以充分润湿焊缝，保持了接头的力学性能。730℃条件高温拉伸测试结果显示接头抗拉强度为290MPa，较工艺优化前的强度值有所提升，完全满足技术条件要求。
附图说明
图1是对比例1经真空钎焊后蜂窝接头微观形貌。
图2是实施例1经真空钎焊后蜂窝接头微观形貌。
具体实施方式
本发明经过大量试验验证，得到了一种新的可减少镍基高温合金溶蚀的真空钎焊工艺，尤其适用于蜂窝等对溶蚀缺陷要求较高的薄板结构。通过该方法加工之后，接头附近组织的溶蚀情况明显改善，同时本发明符合生产过程中对接头强度的要求。
以下为本发明的具体实施例。所述是对本发明的解释而不是限定。其中，本发明实施例和对比例中所用钎料成分如表1所示。
表1实施例和对比例中所用钎料成分
Figure BDA0003571445170000041
本发明实施例提供了一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，包括：去除待焊接表面的氧化皮、油污及其他杂质；对蜂窝和环件组合件进行装配和定位；预置钎料；在1030-1040℃条件下保温6-10min进行真空钎焊处理。
具体地，本发明钎焊所用钎料硼含量不高于2.5wt.％，且用量控制在填满焊缝所需用量的2倍左右。硼原子半径小，钎焊过程中扩散速率快，易使合金溶蚀，此外多余的钎料也会促进合金溶蚀。通过严格控制钎料中的硼含量，同时将钎料用量规定在合理范围，可减轻对母材合金的溶蚀。
具体地，本发明所配置镍基钎料的熔点为985-995℃，在此基础上将钎焊保温温度设置为1030-1040℃、钎焊保温时间设置为6-10min。通过设定合理的钎焊温度及采用短时间钎焊保温工艺，不仅保证了钎焊过程中钎料的流动性、焊后接头的组织完整性及强度，而且减轻了因长时间高温暴露而导致的合金溶蚀、提高了蜂窝的结构强度。
具体地，焊后冷却阶段通氩气的同时打开风扇可以增加冷却速率，降低高温暴露对母材合金微观组织的不利影响。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
步骤1：采用线切割的方法将蜂窝加工成所需尺寸；依次采用400#、800#和1200#砂纸打磨蜂窝和环件的待焊接面，去除母材合金表面氧化皮并得到光滑表面；用丙酮擦拭母材表面，去除油污及其他杂质；
步骤2：采用枪式电极将蜂窝定位到环件上，完成装配和定位；
步骤3：将配置好的膏状钎料均匀涂覆至蜂窝与环件之间，并在二者结合面周围涂抹阻流剂以阻挡钎焊过程中钎料流淌；所述钎料为镍基钎料，硼含量为2.4wt.％，熔点为991℃；钎料用量控制在填满焊缝所需用量的2倍左右；
步骤4：将装配好的组合件放入真空钎焊炉，抽炉内真空度至10-3Pa以下；钎焊炉以10℃/min的速率升温至800℃，保温30min对组合件进行预热；钎焊炉以7℃/min的速率升温至1030℃，保温8min进行钎焊；组合件随炉冷却至800℃以下时关闭抽真空系统，钎焊炉内充高纯氩气并打开风扇加速冷却，直至降到100℃以下时出炉。
对比例1
步骤1：采用线切割的方法将蜂窝加工成所需尺寸；依次采用400#、800#和1200#砂纸打磨蜂窝和环件的待焊接面，去除母材合金表面氧化皮并得到光滑表面；用丙酮擦拭母材表面，去除油污及其他杂质；
步骤2：采用枪式电极将蜂窝定位到环件上，完成装配和定位；
步骤3：用配置好的膏状钎料填充蜂窝与环件结合面，并在结合面周围涂抹阻流剂以阻挡钎焊过程中钎料流淌；所述钎料为镍基钎料，硼含量为3.1wt.％，熔点为983℃；
步骤4：将装配好的组合件放入真空钎焊炉，抽炉内真空度至10-3Pa以下；钎焊炉以15℃/min的速率升温至750℃，保温30min对组合件进行预热；钎焊炉以10℃/min的速率升温至1050℃，保温25min进行钎焊；组合件随炉冷却至900℃以下时关闭抽真空系统，钎焊炉内充高纯氩气加速冷却，直至降到80℃以下时出炉。
实施例2
步骤1：采用线切割的方法将蜂窝加工成所需尺寸；依次采用400#、800#和1200#砂纸打磨蜂窝和环件的待焊接面，去除母材合金表面氧化皮并得到光滑表面；用丙酮擦拭母材表面，去除油污及其他杂质；
步骤2：采用枪式电极将蜂窝定位到环件上，完成装配和定位；
步骤3：将配置好的膏状钎料均匀涂覆至蜂窝与环件之间，并在二者结合面周围涂抹阻流剂以阻挡钎焊过程中钎料流淌；所述钎料为镍基钎料，硼含量为2.4wt.％，熔点为991℃；钎料用量控制在填满焊缝所需用量的2倍左右；
步骤4：将装配好的组合件放入真空钎焊炉，抽炉内真空度至10-3Pa以下；钎焊炉以12℃/min的速率升温至750℃，保温25min对组合件进行预热；钎焊炉以5℃/min的速率升温至1035℃，保温10min进行钎焊；组合件随炉冷却至800℃以下时关闭抽真空系统，钎焊炉内充高纯氩气并打开风扇加速冷却，直至降到100℃以下时出炉。
图1是对比例1经真空钎焊后蜂窝接头微观形貌，可以看出GH3536蜂窝脚位置溶蚀严重，部分区域与周围钎料熔为一体，此外GH4738合金表面凹凸不平，同样发生了明显的溶蚀。图2是实施例1经真空钎焊后蜂窝接头微观形貌，可以看出蜂窝接头较为完整，接头附近组织未发生明显溶蚀。
为比较接头力学性能，随炉放置块状钎焊样品。力学性能测试结果如表2所示，可以看出工艺优化后接头强度值稍有提升。
表2钎焊接头730℃条件下抗拉强度
Figure BDA0003571445170000061
因此，工艺优化后母材合金溶蚀程度明显降低，同时接头强度值稍有提升，符合采用本发明公开的钎焊方法后所能达到的有益效果。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：采用线切割的方法将GH3536蜂窝加工成所需尺寸；依次采用400#、800#和1200#砂纸打磨GH3536蜂窝和GH4738环件的待焊接面，去除母材合金表面氧化皮并得到光滑表面；用丙酮擦拭母材表面，去除油污及其他杂质；
步骤2：采用枪式电极将GH3536蜂窝定位到环件上，完成装配和定位；
步骤3：将配置好的膏状钎料均匀涂覆至GH3536蜂窝与GH4738环件之间，并在二者结合面周围涂抹阻流剂以阻挡钎焊过程中钎料流淌；所述钎料为镍基钎料，熔点为985-995℃，铬含量为7.2wt.%，硼含量为2.4wt.%，硅含量为4.6wt.%，铁含量为3.3wt.%，余量为镍；钎料用量应控制在填满焊缝所需用量的2倍；
步骤4：将装配好的组合件放入真空钎焊炉，抽炉内真空度至10-3Pa以下；钎焊炉以5-15℃/min的速率升温至700-900℃，保温10-40min对组合件进行预热；钎焊炉以5-10℃/min的速率升温至1030-1035℃，保温6-10min进行钎焊；组合件随炉冷却至800℃以下时，钎焊炉内充高纯氩气加速冷却，直至降到100℃以下时出炉；
730℃条件高温拉伸测试结果显示接头抗拉强度为290MPa，较工艺优化前的强度值有所提升，完全满足技术条件要求。
2.根据权利要求1所述的一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，其特征在于，步骤4中充氩气进行强冷前，炉内必须保持抽高真空，不得关闭抽真空系统。
3.根据权利要求1所述的一种减少GH3536蜂窝与GH4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺，其特征在于，步骤4中充入氩气的同时打开风扇增加冷却速率。
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