第三章(高溫合金的焊接)

第三章高溫合金的焊接材料科學(xué)與工程學(xué)院朱平現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

高溫合金的發(fā)展

高溫合金是廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船發(fā)電動(dòng)力、機(jī)車以及石油和化學(xué)等工業(yè)部門的材料。其發(fā)展與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)步密切相關(guān)。高溫合金是本世紀(jì)30-50年代中期對(duì)鎳基合金化學(xué)成分的不斷改進(jìn)中發(fā)展起來的。1929年，英美的Merica.Bedford和Pilling等人將少量Ti和Al加入到80Ni-20Cr電工合金中，使該合金具有顯著的蠕變強(qiáng)化作用，但這并沒有引起人們的注意。1937年德國(guó)研制出Hansvonohain渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Heinkel，1939年英國(guó)研制出渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Whittle。然而，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件特別是渦輪葉片對(duì)材料的耐高溫性和應(yīng)力承受能力具有很高的要求?，F(xiàn)在是2頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

1939年英國(guó)Mond鎳公司(后稱國(guó)際鎳公司)首先研制成一種低C且含Ti的鎳基合金Nimonic75，準(zhǔn)備用作Whitle發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，但不久性能更優(yōu)越的合金Nimonic80問世，該合金含鋁和鈦，蠕變溫度至少比Nimonic75高50℃,1942年，這種合金成功的被用作渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片材料，成為最早的Ni3(A1,Ti)強(qiáng)化的渦輪葉片材料。此后，該公司的合金中加入硼、鋯、鈷、鉬等合金元素，相繼開發(fā)了Nimonic80A,Nimonic90等合金形成Nimonic合金系列。

現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

美國(guó)對(duì)鑄造合金的發(fā)展有一定的貢獻(xiàn)，1932年美國(guó)Halliwell開發(fā)了含鋁、鈦的彌散強(qiáng)化型鎳基合金K42B，該合金在40年代初被用以制造活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓渦輪。美國(guó)從1941年以后發(fā)展航空燃?xì)鉁u輪，HastelloyB鎳基合金1942年用于GE公司的Bellp-59噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其后的1-40噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1944年西屋公司的Yankeel19A發(fā)動(dòng)機(jī)則采用了鈷基合金HS23精密鑄造葉片，其生產(chǎn)效率高于鍛造葉片。1950年美國(guó)出兵朝鮮，由于鈷的資源短缺，鎳基合金得到發(fā)展并被廣泛用作渦輪葉片。在這一時(shí)期，美國(guó)的PW公司，GE公司和特殊金屬公司分別開發(fā)出了Waspalloy,M-252和Udmit500等合金，并在這些合金發(fā)展基礎(chǔ)上，形成了Inconel,Mar-M和Udmit等牌號(hào)系列?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

在高溫合金發(fā)展過程中，工藝對(duì)合金的發(fā)展起著極大的推進(jìn)作用。40年代到50年代中期，主要是通過合金成分的調(diào)整來提高合金的性能。50年代真空熔煉技術(shù)的出現(xiàn)，合金中有害雜質(zhì)和氣體的去除，特別是合金成分的精確控制，使高溫合金前進(jìn)了一大步，出現(xiàn)了一大批如Mar-M200,Inl00和B1900等高性能的鑄造高溫合金。進(jìn)入60年代以后，定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過濾等溫鍛造等新型工藝的研究開發(fā)蓬勃發(fā)展，成為高溫合金發(fā)展的主要推動(dòng)力，其中定向凝固工藝所起的作用尤為重要，采用定向凝固工藝研制出的單晶合金，其使用溫度接近合金熔點(diǎn)的90%，各國(guó)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)無不采用單晶高溫合金渦輪葉片?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的需要是我國(guó)高溫合金發(fā)展的動(dòng)力。材料標(biāo)準(zhǔn)是高溫合金設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收的技術(shù)依據(jù)，1956年我國(guó)正式開始研制生產(chǎn)高溫合金，第一種高溫合金是GH3030，WP-5火焰筒，有撫順鋼廠、鞍山鋼鐵公司、冶金部鋼鐵研究總院、航空材料研究所和410廠共同承2擔(dān)試制任務(wù)，1957年順利通過長(zhǎng)期試車后投入生產(chǎn)。到1957年底，繼GH3030合金之后，WP-5發(fā)動(dòng)機(jī)用的GH4033、GH34和K412合金相繼試制成功。

60年代初，先后研制成功GH4037、GH3039、GH3044、GH4049、GH3128、K417等高溫合金，至70年代初，我國(guó)高溫合金的生產(chǎn)試制和研究已經(jīng)初具規(guī)?！，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

70年代以后，我國(guó)開始引進(jìn)歐美發(fā)動(dòng)機(jī)WS-8、WS-9、WZ-6、WZ-8，并研制生產(chǎn)出WP-13等發(fā)動(dòng)機(jī)，相應(yīng)引進(jìn)和試制了一批歐美體系的高溫合金，并按歐美標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量管理和生產(chǎn)，使我國(guó)高溫合金生產(chǎn)水平接近西方工業(yè)國(guó)家的水平。與此同時(shí)，我國(guó)自行研究和開發(fā)了一批新的鎳基高溫合金，如GH4133、GH4133B、GH3128、GH170、K405、K423A、K419和537等。40多年來，結(jié)合我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制和生產(chǎn)的需要，研究、試制和生產(chǎn)了100多種高溫合金，總計(jì)產(chǎn)量達(dá)6萬噸左右。從60年代開始，為適應(yīng)我國(guó)航天工業(yè)的發(fā)展，先后為各種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制了一批高溫合金，其中有些是專為航天工業(yè)的需要而開發(fā)的。1964年，高溫合金開始推廣應(yīng)用到民用工業(yè)部門，如柴油機(jī)增壓渦輪、地面燃?xì)廨啓C(jī)、煙氣輪機(jī)、核反應(yīng)堆燃料空位格架等等，并相繼開發(fā)出一批高溫耐磨和高溫耐蝕的高溫合金。現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金占發(fā)動(dòng)機(jī)材料的40%-60%。幾十年來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫材料的承溫能力由750℃提高到90年代的1200℃左右。應(yīng)該說，這一巨大成就是葉片合金、鑄造工藝、葉片設(shè)計(jì)和加工以及表面涂層各方面共同發(fā)展做出的貢獻(xiàn)。高溫合金的工作環(huán)境復(fù)雜，溫度：從600℃到目前最高渦輪進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度1701℃左右；熱時(shí)間：從火箭導(dǎo)彈的數(shù)分鐘到原子能反應(yīng)堆的幾十萬小時(shí)；燃料與氣氛：有航空煤油、各類柴油、重油、天然氣、煤粉、各種熾熱廢氣、液態(tài)金屬(如鈉)等。各種燃料含有不同種類不同程度的雜質(zhì)，如硫、釩、鉀、鈉、碳等，經(jīng)燃燒后會(huì)生成諸如SO2,SO3,H2S,Na2SO4,V2O5,CO,C02,02等氣體與液體產(chǎn)物，這些反應(yīng)生成物將引起合金的氧化、硫化、碳化(增碳)、腐蝕及它們之間的相互作用在燃?xì)廨啓C(jī)條件下氧勢(shì)高、硫勢(shì)低，所以在高溫合金表面一般可形成具有保護(hù)作用的A12O3或Cr2O3氧化皮。但是在煤氣化場(chǎng)合，由于氧勢(shì)很低而硫勢(shì)較高，這時(shí)合金表面不形成A12O3或Cr2O3保護(hù)膜。如何解決還原氣氛下工作是高溫合金目前遇到的一個(gè)十分棘手的問題?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.1.1高溫合金的分類高溫合金：以Fe、Ni、Co為基體的能夠承受較大應(yīng)力和具有良好表面穩(wěn)定性的高溫環(huán)境下服役的合金。一般要求能在600℃以上高溫抗氧化和抗腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作。①按合金成分：鐵基、鎳基、鈷基高溫合金②按強(qiáng)化方式：固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化高溫合金③按生產(chǎn)工藝：變形、鑄造、粉末冶金、機(jī)械合金化高溫合金。此外還有新的制備工藝，如定向凝固、單晶、氧化物彌散強(qiáng)化等。3.1高溫合金的分類與性能現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.1.2高溫合金的強(qiáng)化方式⑴固溶強(qiáng)化：通過提高原子結(jié)合力和晶格畸變，使Fe、Ni、Co基體中固溶體的滑移阻力增加、滑移變形困難而達(dá)到強(qiáng)化目的。

Fe、Ni基高溫合金中，通常加入Cr、Mo、W、Co、Al等元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化。Cr：①Cr在Fe、Ni中溶解度較大，Cr與Ni形成固溶體；②Cr提高抗氧化性；③少量Cr與C形成Cr23C6型碳化物，提高合金高溫持久性能?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四W、Mo：①?gòu)?qiáng)的固溶強(qiáng)化元素。W、Mo提高原子結(jié)合力，產(chǎn)生晶格畸變，提高擴(kuò)散激活能，減緩擴(kuò)散過程，同時(shí)合金的再結(jié)晶溫度升高，從而提高合金高溫性能。②碳化物形成元素。主要形成M6C碳化物，沿晶界分布可對(duì)合金強(qiáng)化起更大作用。Co：①降低基體層錯(cuò)能，提高持久強(qiáng)度，減小蠕變速率。②穩(wěn)定合金組織，減小有害相的析出?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四具體歸納為：(a)在鎳中能形成無限固溶體或者溶解度很大的元素。(b)原子半徑比鎳大的合金元素，加入到鎳的固溶體中時(shí)，將會(huì)使點(diǎn)陣常數(shù)增大。(c)高溫蠕變時(shí)應(yīng)考慮擴(kuò)散型變形機(jī)構(gòu)的影響，利于加強(qiáng)原子間的結(jié)合力。(d)固溶體中溶質(zhì)原子的補(bǔ)給、不均分布有助于合金熱強(qiáng)性的提高。(e)溶質(zhì)原子的加入，還可以通過改變位錯(cuò)的某種屬性、阻止位錯(cuò)高溫攀移過程來提高合金的熱強(qiáng)性?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

⑵第二相強(qiáng)化：它又分為時(shí)效析出沉淀強(qiáng)化、鑄造第二相骨架強(qiáng)化和彌散質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)化等。利用細(xì)小均勻分布的穩(wěn)定質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)高溫強(qiáng)化目的。本質(zhì)上說，第二相強(qiáng)化是通過第二相的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用、位錯(cuò)攀移、切割第二相以及位錯(cuò)彎曲繞過第二相時(shí)的阻礙作用，使高溫滑移變形或擴(kuò)散變形困難來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化。穩(wěn)定質(zhì)點(diǎn)：①液態(tài)凝固時(shí)析出②粉末冶金方法機(jī)械加入現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四沉淀強(qiáng)化型高溫合金第二相：Ni3Al型γ′相和Ni3Nb型γ〃相①γ′相γ′相為Ni3Al型面心立方晶體，與基體結(jié)構(gòu)相同，為共格析出；γ′相十分穩(wěn)定，有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，其數(shù)量、大小和形貌容易控制；γ′相還可以被強(qiáng)化?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

Al和Ti是時(shí)效強(qiáng)化的Fe基和Ni基高溫合金中形成γ′相的基本成分。

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Al、Ti同時(shí)存在，部分Ti代替Al，γ′相變?yōu)镹i3（Al，Ti），Ti促進(jìn)γ′相變析出，并提高γ′相的強(qiáng)度；。

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Al、Ti總量決定γ′相數(shù)量。γ′相越多，合金高溫性能越高；

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W、Mo、Nb、Ta等原子半徑大的元素，不同程度地進(jìn)入γ′，使合金的熱穩(wěn)定性提高；

●Ni基合金中Fe控制得很低。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四②γ〃相γ〃相是以Nb代替Al的Ni3Nb相，該相為亞穩(wěn)定強(qiáng)化相，在中溫時(shí)穩(wěn)定，故在中溫條件下合金具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑶晶界強(qiáng)化：利用微量元素在晶界偏聚和改善晶界狀態(tài)等方式來實(shí)現(xiàn)高溫強(qiáng)化目的。合金承受應(yīng)力發(fā)生變形時(shí)，微觀變形反映在晶內(nèi)和晶界變形。室溫下，晶內(nèi)變形大于晶界變形高溫下，晶界變形大于晶內(nèi)變形，且隨著變形速率的降低，晶界變形的比例增加。

現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四晶界強(qiáng)化元素：B、Zr、Hf、Mg、La、Ce等①

B：微量B在晶界偏聚，減少晶界缺陷，提高晶界強(qiáng)度，改善晶界形狀，防止晶界片狀、胞狀相析出，提高合金熱強(qiáng)性和持久壽命。②Zr：Zr的作用與B相似，但比B稍弱。③Mg：微量Mg偏聚于晶界和相界，使晶界碳化物球化，抑制晶界滑移，減少楔形裂紋形成，從而改善合金塑性和蠕變性能。④Hf：改善晶界和枝晶狀態(tài)，降低熱裂紋傾向，提高合金室溫和高溫塑性?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.1.3高溫合金的性能和應(yīng)用⑴性能：主要為室溫和高溫下的強(qiáng)度、塑性和工作溫度下的持久性能。高溫合金制件：棒材、板材、盤材、絲材、環(huán)形件、精密鑄件等。⑵應(yīng)用：渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件，如燃燒室火焰筒、點(diǎn)火器和機(jī)匣、加熱燃燒室的加熱屏、渦輪燃?xì)鈱?dǎo)管等。A.800℃：GH3039、GH1140B.900℃：GH1015、GH1016、GH1131、GH3044、GH99C.980℃：GH170、GH188現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

A.渦輪部件中的渦輪盤：GH4169、GH4133

B.渦輪葉片和導(dǎo)向葉片：K403、K417、K6C、DZ22、DZ125等

C.燃汽輪機(jī)中的葉片：K413、K218、GH864

D.柴油機(jī)增壓渦輪：K218

E.石化乙烯裂解高溫部件：GH180、GH600

F.冶金連軋導(dǎo)板、爐子套管：K12、GH128、GH3044、GH3039現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.2.1高溫合金的裂紋敏感性⑴結(jié)晶裂紋：①結(jié)晶裂紋敏感性程度：固溶強(qiáng)化高溫合金：較小的結(jié)晶裂紋敏感性，裂紋敏感系數(shù)K＜10%，適于制造復(fù)雜形狀的焊接構(gòu)件。固溶強(qiáng)化型高溫合金中的強(qiáng)化元素W、Mo、Cr、Co、Al等在Ni中溶解度很大，幾乎全部溶入基體，形成面心立方γ固溶體。焊接過程中合金不發(fā)生相變，故對(duì)結(jié)晶裂紋無直接影響。3.2高溫合金的焊接性現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四微量元素聚集于晶界，形成低熔點(diǎn)共晶組織，導(dǎo)致裂紋敏感性增大。其中，S、P、C、B明顯增加裂紋敏感性；

Si、Mg稍微增大裂紋敏感性。鋁鈦含量較低（＜4%）的沉淀強(qiáng)化高溫合金：中等結(jié)晶裂紋敏感性，裂紋敏感系數(shù)K=10%~15%，屬于可焊合金，適于制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的焊接件?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四鋁鈦含量高的沉淀強(qiáng)化合金和鑄造高溫合金：較大的結(jié)晶裂紋敏感性，裂紋敏感系數(shù)K＞15%，屬于難焊合金，不適于制造熔焊的焊接構(gòu)件，只適于用真空釬焊和擴(kuò)散焊等特殊焊接工藝。沉淀強(qiáng)化型高溫合金和鑄造高溫合金裂紋敏感性隨B、C含量的增加而增大。

Al+Ti總量達(dá)6%時(shí)，合金的裂紋敏感性顯著增加，焊接性變差。Al/Ti之比高的合金裂紋敏感性高，應(yīng)控制在＜2為宜?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四常用高溫合金氬弧焊的裂紋敏感系數(shù)合金牌號(hào)鋁+鈦總量%B含量%焊絲牌號(hào)裂紋敏感性系數(shù)K%GH3033GH3044GH1140GH3128GH2132GH99GH150GH2018K406K403K4170.501.201.551.602.703.353.103.006.258.9010.0---0.0050.0100.0050.0060.0150.100.0180.018HGH3033HGH3044HGH1140，HGH3113HGH3128HGH2132GH99GH150，GH533GH2018HGH3113HGH3113HGH31135.56.07.5，5.08.08.88.313.0，7.815.025.235.247.2現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四②結(jié)晶裂紋敏感性評(píng)價(jià)方法：可變拘束十字形裂紋敏感性試驗(yàn)方法。③防止結(jié)晶裂紋措施：a）制定焊接工藝時(shí)，選用較小的焊接電流，降低熱輸入量，改善熔池結(jié)晶形態(tài)，減小枝晶偏析；b）采用抗裂性優(yōu)良的焊絲，如HGH3113、SG-1、SG-5、GH533等c）盡量在固溶狀態(tài)或淬火狀態(tài)下焊接?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵液化裂紋：①液化裂紋的傾向高溫合金含合金元素較多，大部分合金具有液化裂紋的傾向，隨著合金元素含量增加，合金液化裂紋越顯著。②液化裂紋的部位產(chǎn)生在近縫區(qū)，沿晶開裂。③液化裂紋的形成高溫合金中強(qiáng)化元素在晶界形成碳化物，其中部分為共晶組織，也有部分相發(fā)生溶解。焊接時(shí)，靠近熔池的近縫區(qū)迅速加熱到固-液相區(qū)溫度，晶界上的共晶體和某些相來不及發(fā)生平衡轉(zhuǎn)變，在晶界上形成液態(tài)薄膜，造成晶界液化。晶界液膜在拘束應(yīng)力作用下被拉裂形成液化裂紋?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④液化裂紋的防止盡量降低熱輸入、減小過熱區(qū)和母材高溫停留時(shí)間。⑶應(yīng)變時(shí)效裂紋①應(yīng)變時(shí)效裂紋的形成

鋁鈦含量高的沉淀強(qiáng)化合金和鑄造高溫合金焊接后，在時(shí)效處理過程中，熔合線附近會(huì)產(chǎn)生一種沿晶擴(kuò)展的裂紋—應(yīng)變時(shí)效裂紋。

現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四②應(yīng)變時(shí)效裂紋的成因a）焊接殘余應(yīng)力和拘束應(yīng)力。b）時(shí)效過程中的塑性損失③應(yīng)變時(shí)效裂紋的敏感性手工氬弧焊：裂紋敏感性最大電子束焊：裂紋敏感性最小現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④應(yīng)變時(shí)效裂紋的防止a）選擇含Al、Ti較低，或用Nb代替部分Al、Ti的高溫合金。b）選用合理的接頭形式和焊縫分布，減少焊接件的拘束度。c）調(diào)節(jié)焊接熱循環(huán)，避免熱影響區(qū)中碳化物產(chǎn)生相變而引起的脆性。d）焊后對(duì)焊縫和熱影響區(qū)進(jìn)行合理的錘擊或噴丸處理，在消除拉應(yīng)力的同時(shí)形成壓應(yīng)力狀態(tài)?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四3.2.2接頭組織的不均勻性⑴固溶強(qiáng)化高溫合金：組織比較簡(jiǎn)單。焊縫金屬：熔池冷卻速度快，晶內(nèi)偏析形成層狀組織。偏析嚴(yán)重時(shí)在枝間形成共晶組織；熱影響區(qū)：沿晶界局部熔化和晶粒長(zhǎng)大，在焊縫兩側(cè)形成兩條粗晶帶。⑵沉淀強(qiáng)化合金和鑄造高溫合金：組織比較復(fù)雜。焊縫金屬：經(jīng)歷熔化凝固過程，原γ′或γ〃相、碳化物相、硼化物相等溶入基體，形成單一的γ固溶體。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四焊縫冷速快，形成橫向枝晶短而主軸長(zhǎng)的樹枝狀晶，在樹枝狀晶間和主軸之間存在較大成分偏析，焊縫中產(chǎn)生共晶成分的組織。熱影響區(qū)：焊接熱循環(huán)區(qū)域引起γ′、γ〃相強(qiáng)化相溶解、碳化物相轉(zhuǎn)變,影響合金高溫性能。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.2.3焊接接頭的等強(qiáng)性與母材相比，要求高溫合金接頭具有同樣的抗氧化、耐腐蝕、高溫強(qiáng)度、塑性、疲勞性能。焊接接頭等強(qiáng)性：常用接頭強(qiáng)度系數(shù)Kσ表征。⑴接頭強(qiáng)度系數(shù)：Kσ=接頭抗拉強(qiáng)度/母材抗拉強(qiáng)度現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵接頭強(qiáng)度系數(shù)影響因素：①接頭區(qū)組織特征，特別是熱影響區(qū)形成的弱化區(qū)弱化區(qū)形成：晶粒長(zhǎng)大，γ′強(qiáng)化相和碳化物相溶解。②合金類型和焊接方法固溶強(qiáng)化型高溫合金手工/自動(dòng)氬弧焊的Kσ為90-95%；電子束焊的Kσ為95-98%。沉淀強(qiáng)化型高溫合金的Kσ普遍較低，如氬弧焊的為82-90%。③焊后經(jīng)固溶和時(shí)效處理后接頭強(qiáng)度接近母材的水平。④采用異質(zhì)焊絲時(shí)，接頭強(qiáng)度更難達(dá)到母材的水平?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四3.3.1惰性氣體保護(hù)焊⑴鎢極氬弧焊（TIG）①焊接特點(diǎn)固溶強(qiáng)化高溫合金：焊接性良好，采用較小的焊接熱輸入量可避免結(jié)晶裂紋，獲得良好質(zhì)量接頭，無須采取其他工藝措施。沉淀強(qiáng)化型高溫合金：焊接性較差，必須在固溶狀態(tài)下焊接；接頭設(shè)計(jì)和焊接順序合理，使焊件具有較小的拘束度；采用較小的焊接電流，改善熔池結(jié)晶狀態(tài)，避免形成熱裂紋。3.3高溫合金的焊接工藝現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四焊接接頭設(shè)計(jì)：加大坡口；減小鈍邊高度；適當(dāng)加大根部間隙。②焊接材料焊絲：

固溶強(qiáng)化型和鋁鈦含量較低的沉淀強(qiáng)化型高溫合金，選用與母材化學(xué)成分相同或相近的焊絲，獲得與母材性能相近的接頭；

鋁鈦含量較高的沉淀強(qiáng)化型高溫合金或拘束度大的焊件，為防止裂紋，推薦選擇抗裂性好的Ni-Cr-Mo系合金焊絲。這類焊縫不能熱處理強(qiáng)化，接頭強(qiáng)度低于母材?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

鈷基高溫合金，選擇與母材成分相同或Ni-Cr-Mo系合金的焊絲。保護(hù)氣體：氬、氦、氬氦混合氣體氬氣：成本低、密度大、保護(hù)效果好，常用的保護(hù)氣體。95%Ar+5%H2：還原作用，但只用于打底層或單道焊，否則產(chǎn)生氣孔。鈰鎢極：電子發(fā)射能力強(qiáng)、引弧電壓低、電弧穩(wěn)定性好、許用電流大、燒損率低。一般選擇鈰鎢極，電極端部加工成錐形?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四③接頭設(shè)計(jì)

現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④焊接工藝焊前清理焊絲工件表面氧化物、油污等；采用激冷塊和墊板,使焊接區(qū)快速冷卻;墊板開弧形成形槽,槽內(nèi)均布通保護(hù)氣體小孔,以保證焊縫背面成型。焊接采用直流、正極性、高頻引弧，電流可控遞增和衰減。在保證焊透條件下，盡量采用小的線能量。薄板不需預(yù)熱，但厚板拘束大，應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱。焊后消應(yīng)力熱處理，以防裂紋。注：鈷基高溫合金推薦采用TIG焊，但焊接時(shí)注意低熔點(diǎn)元素污染；鑄造高溫合金焊接性很差，一般不采用該方法焊接。現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金鎢極氬弧焊工藝參數(shù)母材厚度/mm焊絲直徑/mim鎢極直徑/mm保護(hù)氣體焊接電流/A氣體種類氣體流量/L.min-10.50.81.01.21.51.82.02.53.05.00.5~0.80.8~1.01.0~1.21.0~1.61.2~2.01.6~2.02.0~2.52.0~2.52.52.51.0~1.51.0~1.51.5~2.01.5~2.01.5~2.02.0~2.52.0~2.52.0~2.52.5~3.02.0~3.0ArArArArArArArAr或HeAr或HeAr或He8~108~108~128~1210~1510~1512~1512~1515~2015~2015~2520~4535~6045~7050~8565~10075~11095~120100~130120~150現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑤焊接缺陷及防止a）不允許存在的缺陷：裂紋、燒穿、未熔合、焊瘤；b）允許適量存在的缺陷：氣孔、未焊透、夾雜物、咬邊、凹坑、塌陷。危害最大的缺陷：裂紋。防止方法：合理設(shè)計(jì)焊接接頭和安排焊接次序，減小結(jié)構(gòu)的拘束度；選用抗裂性優(yōu)良的焊絲；采用小的焊接電流，減小焊接熱輸入；填滿收弧弧坑，防止弧坑裂紋。

氣孔和夾雜的防止方法：注意焊前對(duì)焊件和焊絲清理，最好采用化學(xué)清理方法；注意銅墊板的清潔；焊接時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定的電弧電壓，電弧穩(wěn)定；注意鎢極直徑與焊接電流相適應(yīng)，防止焊接時(shí)鎢極與熔池接觸，造成鎢夾雜。

現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

⑥接頭組織及力學(xué)性能組織：焊態(tài)和固溶下—單相奧氏體+少量碳、氮化鈦質(zhì)點(diǎn)；

固溶+時(shí)效處理（時(shí)效強(qiáng)化合金）—單相奧氏體+殘余奧氏體+少量碳化物相。性能：接頭強(qiáng)度系數(shù)可達(dá)90%抗氧化性和熱疲勞性能與母材接近異種合金接頭性能較高，滿足使用要求⑵熔化極氬弧焊（MIG）①焊接特點(diǎn)固溶強(qiáng)化高溫合金：可用MIG焊，建議采用噴射過渡形式，避免晶粒長(zhǎng)大和熱裂紋。高Al、Ti含量沉淀強(qiáng)化型高溫合金和鑄造高溫合金：不推薦采用MIG焊?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四②焊接材料焊絲：抗裂性好的Ni-Cr-Mo系焊絲，。氣體：氬、氦、氬氦混合氣體，15-25L/min為減少飛濺和提高液態(tài)金屬流動(dòng)性，推薦采用Ar+（15-20）%He③接頭形式MIG焊時(shí)要求坡口角度大，鈍邊高度小，根部間隙大。帶襯墊V形坡口：角度80-90°，根部間隙4-5mmU形對(duì)接坡口：坡口外擴(kuò)3-3.5mm，底部R5-8mm，鈍邊高度現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④焊接工藝焊前清理同TIG；焊接時(shí)保持焊絲與焊縫呈90°角位置；適當(dāng)控制弧長(zhǎng)，減小飛濺；焊絲擺動(dòng)到焊縫兩端時(shí)短時(shí)停留，防止未熔合及咬邊。

*采用合適的焊接工藝，惰性氣體保護(hù)焊接頭強(qiáng)度系數(shù)可達(dá)90%以上?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金熔化極氬弧焊工藝參數(shù)母材厚度/mm熔滴過渡形式焊絲保護(hù)氣體焊接位置焊接電流/A電弧電壓/V直徑/mm熔化速度/m.min-1平均值脈沖6噴射1.65.0Ar平焊26528~30-脈沖噴射1.13.6Ar或He立焊90~12020~2244短路0.96.8~7.4Ar或He120~13016~18-3短路1.6-Ar或He平焊16015-1.64.717515-現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.3.2等離子弧焊①焊接特點(diǎn)固溶強(qiáng)化高溫合金，Al、Ti含量較低的沉淀強(qiáng)化型高溫合金：可獲得良好質(zhì)量焊縫。②焊接材料可填絲亦可不填絲；Ar、Ar+5%H2（H2≤15%）H2—增加電弧功率，提高焊速。③焊接工藝一般厚度：穿孔型等離子弧；薄板：熔透型等離子?。徊模何⑹入x子弧。焊接電源：陡降外特性；直流正極性；高頻引弧。

*等離子焊接頭強(qiáng)度系數(shù)一般大于90%。現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四鎳基高溫合金小孔法自動(dòng)等離子弧焊的工藝參數(shù)合金牌號(hào)厚度/mm等離子氣流量/L.min-1焊接電流/A電弧電壓/V焊接速度/cm.min-176Ni-Cr-8Fe5.06.66.06.01552103131434346Fe-33Ni-1Cr3.24.85.84.74.76.0115185185302732464143現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.3.3電子束焊和激光焊⑴電子束焊①焊接特點(diǎn)固溶強(qiáng)化高溫合金、沉淀強(qiáng)化型高溫合金：均可成功焊接。焊前狀態(tài)：固溶或退火狀態(tài)②接頭形式推薦：平對(duì)接；鎖底對(duì)接帶墊板對(duì)接③焊接工藝推薦采用：低熱輸入，小焊接速度工藝。現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④缺陷及防止接頭形式缺陷:HAZ液化裂紋焊縫氣孔未熔合裂紋形成:母材裂紋敏感性焊接工藝參數(shù)焊件剛度⑤防止措施a)防止焊接裂紋采用雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)母材,減少晶界低熔點(diǎn)相采用較低的熱輸入,防止HAZ晶粒長(zhǎng)大和晶界局部液化控制焊縫形狀,減小應(yīng)力集中必要時(shí)填加抗裂性好的焊絲

現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四b)防止焊縫氣孔焊前檢驗(yàn),焊接端面附近不應(yīng)有氣孔、縮孔、夾雜等缺陷提高焊接端面加工精度適當(dāng)限制焊接速度在允許的條件下，采用重復(fù)的焊接方法c）防止焊縫偏移引起的未熔合和咬邊保證焊接表面與電子束軸線垂直對(duì)夾具完全退磁，防止剩余磁性使電子束橫向偏移調(diào)整電子束聚焦位置⑥接頭性能焊態(tài)下：接頭強(qiáng)度系數(shù)達(dá)95%左右焊后時(shí)效處理或重新固溶處理：接頭強(qiáng)度與母材相當(dāng)接頭塑性不理想，僅為母材的60-80%現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金典型電子束焊工藝參數(shù)合金牌號(hào)厚度/mm接頭形式焊機(jī)功率/kW電子槍型式工作距離/mm束流/mA加速電壓/kV焊接速度/m.min-1焊道數(shù)GH41696.2532.0對(duì)接60kV,300mA固定槍10082.565350501.521.201GH1880.76鎖底對(duì)接150kV,40mA固定槍152221001.001現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵激光焊①焊接特點(diǎn)固溶強(qiáng)化高溫合金、沉淀強(qiáng)化型（包括含Al、Ti高的）高溫合金：均可焊接。②設(shè)備與工藝設(shè)備：CO2連續(xù)或脈沖激光器功率1-50kW 氣體：He、He+少量Ar接頭：對(duì)接、搭接（板厚10mm）主要參數(shù)：功率速度③接頭性能

接頭強(qiáng)度系數(shù)90-100%現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四3.3.4釬焊與擴(kuò)散焊⑴高溫合金釬焊①焊接特點(diǎn)熔焊焊接性較差的鑄造高溫合金、鎳-鋁基高溫合金：均可采用釬焊方法。即可焊接簡(jiǎn)單焊件，也可釬焊復(fù)雜焊件

主要問題：高溫合金含Cr、Al、Ti等活性元素，合金表面形成穩(wěn)定氧化膜，影響釬料的潤(rùn)濕和填縫能力；

釬料含Cr等活性元素，釬料呈液態(tài)時(shí)要防止氧化，因此一般采用真空或保護(hù)氣氛爐中釬焊。釬焊工藝參數(shù)應(yīng)與母材的固溶處理相匹配：釬焊溫度過高，晶粒粗大；溫度過低，未達(dá)到固溶處理效果。釬焊后進(jìn)行擴(kuò)散處理，保證釬縫組織穩(wěn)定，增強(qiáng)接頭強(qiáng)度。

現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

②釬料

選擇原則：a）釬焊部位的工作條件與要求，如使用溫度、工作介質(zhì)、承受何種應(yīng)力等b）母材特性和熱處理要求c）接頭形式、焊接部位厚度、裝配間隙、焊后加工處理等。

釬料種類：a）鎳基、鈷基釬料良好的抗氧化性、耐腐蝕性、熱強(qiáng)性能較好的釬焊工藝性能、不會(huì)產(chǎn)生開裂適用于高溫合金部件的釬焊，是應(yīng)用最多的釬料現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四鎳基釬料：Ni+Cr、Mn、Co形成固溶體

+B、Si、P、C形成共晶體提高釬料高溫強(qiáng)度和潤(rùn)濕能力。鈷基釬料：Co-Cr-B系，再加適量的Si、W，以降低釬料熔點(diǎn)、提高高溫性能。釬料形態(tài)：釬料中含較多的B、Si、P元素，形成化合物脆性相，使釬料變形能力較差，不能制成絲材或箔材，通常以粉狀供應(yīng)?，F(xiàn)在是58頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四采用非晶態(tài)工藝制成箔狀釬料、粘帶釬料

非晶態(tài)鎳基箔狀釬料帶：寬20-100mm，厚，柔韌性好，可沖剪成型，裝配方便

粘帶鎳基釬料：粉狀鎳基釬料+高分子黏結(jié)劑+軋制寬50-100mm，厚，悍后不留殘?jiān)?，用于焊接面大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊件。b）銅基、銀基釬料用于釬焊工作溫度200-400℃鐵基、鎳基固溶合金結(jié)構(gòu)件。銅基釬料：不能用于釬焊鈷基合金，銅污染母材，引起微裂紋銅磷釬料：不適于釬焊高溫合金*銅基、銀基釬料僅用于工作溫度低、受力很小的一般高溫制件，如導(dǎo)管等。現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四c）其它釬料

金基釬料：適用于釬焊各類高溫合金優(yōu)異的釬焊工藝性能；塑性、抗氧化性、耐腐蝕性、高溫性能較好；與母材作用弱；價(jià)格昂貴。航空、航天、電子工業(yè)應(yīng)用廣泛。典型金基釬料：BAu80CuBAu82Ni錳基釬料：適用于600℃以下工作的高溫合金構(gòu)件塑性好、可制成各種形狀；與母材作用弱；抗氧化性能較低。錳基釬料主要采用保護(hù)氣體釬焊，不適用于火焰釬焊和真空釬焊?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四含鈀釬料：Ag-Cu-PdAg-Pd-MnNi-Mn-Pd具有良好的釬焊工藝性能。

Ag-Cu-Pd系釬料：綜合性能最好，但釬焊接頭的工作溫度較低，不高于427℃Ni-Mn-Pd系釬料：熔點(diǎn)較低，但接頭高溫性能較好，可在800℃下工作。③接頭設(shè)計(jì)推薦采用搭接接頭，通過調(diào)整搭接長(zhǎng)度，提高接頭強(qiáng)度。搭接長(zhǎng)度：一般為組成接頭中薄件厚度的3倍，在700℃以下工作的接頭，可增加到薄件厚度的5倍。裝配間隙：現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四④釬焊工藝焊前清理焊件和釬料表面的氧化物、油污和其他污染物；焊件精密裝配，保證裝配間隙，控制釬料加入量；高溫合金推薦為固溶或退火狀態(tài)，尤其對(duì)于Al、Ti含量較高的時(shí)效強(qiáng)化合金。釬焊溫度：一般應(yīng)高于釬料液相線30-50℃，流動(dòng)性差釬料高出100℃保溫時(shí)間：根據(jù)母材特性、釬焊溫度、裝爐質(zhì)量等確定。⑤接頭缺陷與防止缺陷：未焊透溶蝕縮孔防止：a）未焊透正確設(shè)計(jì)接頭各參數(shù)，釬縫面積大時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)排氣溝槽；加強(qiáng)焊前處理，使釬料很好地鋪展；調(diào)整釬焊工藝參數(shù)，使釬料流滿釬縫。現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四b）溶蝕選用含B、C低的釬料限制釬焊溫度最高值和保溫時(shí)間

c）縮孔調(diào)整裝配間隙適當(dāng)提高釬焊溫度控制冷卻速度⑥接頭組織與性能

Si、B含量較高的鎳基釬料，母材溶蝕和晶界滲入現(xiàn)象，釬焊溫度越高、保溫時(shí)間越長(zhǎng)，兩種現(xiàn)象越加劇。選用合適的釬料和釬焊工藝，可獲得性能較好的釬焊接頭?，F(xiàn)在是63頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵大間隙釬焊工藝鑄件、鍛件的釬焊，其間隙一般大于0.3mm，局部可達(dá)到0.6mm以上，由此出現(xiàn)了大間隙釬焊工藝。①釬焊原理釬料（低熔點(diǎn)組分）+金屬粉或合金粉（高熔點(diǎn)組分），組成粘度大的黏滯物，填充于間隙中，液態(tài)釬料流布于母材和合金粉之間，并相互作用而形成釬焊接頭。釬焊間隙一般在之間。常用的合金粉：Ni粉、80Ni-20Cr、K3合金粉、K5合金粉、FGH95合金粉等。最好選用與母材成分相同的合金粉。焊件工作溫度低，承受應(yīng)力小時(shí)，選用純Ni粉焊件工作溫度高，承受應(yīng)力大時(shí)，選用K3合金粉、K5合金粉、FGH95合金粉合金粉粒度：合金粉/釬料=35/65-45/55

現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四填入間隙的方式：混合法

—將合金粉與釬料按一定比例混合均勻后放置釬焊間隙中并搗實(shí)。優(yōu)點(diǎn):合金粉與釬料可按比例加入,用量便于控制;缺點(diǎn):混合料為粉末狀態(tài),釬焊后釬縫金屬收縮,造成未填滿或縮孔。預(yù)制法

—先將合金粉置入間隙中，然后施加靜壓使合金粉密實(shí)或進(jìn)行燒結(jié)，再在釬縫口處填加釬料。當(dāng)加熱到釬焊溫度時(shí)，釬料熔化并沿著合金粉空隙流滿釬縫，形成牢固接頭。優(yōu)點(diǎn)：消除釬縫中孔洞，防止大塊脆性相；缺點(diǎn)：合金粉與釬料比例不能控制，且多一道燒結(jié)工序。*從保證釬焊質(zhì)量出發(fā)，最好采用預(yù)制燒結(jié)法?，F(xiàn)在是66頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四②釬焊工藝釬焊溫度

—一般高于正常釬焊溫度10℃左右。溫度過低:釬料與合金粉作用很弱，釬料中的B很少擴(kuò)散，使釬縫中形成較多硼化物脆性相;溫度高些:釬料與合金粉相互溶解，釬料中的B向合金粉的擴(kuò)散增強(qiáng)，釬縫中Ni的固溶體比例增加，大塊的Ni-B化物共晶消除，改善了釬縫組織。保溫時(shí)間

—比正常釬焊的保溫時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間過短：釬料與合金粉作用不充分，易出現(xiàn)大塊共晶組織，孔洞缺陷也多；保溫充分：組織均勻，缺陷減少。*擴(kuò)散處理：改善組織及均勻化，提高力學(xué)性能，特別是高溫持久性能。*擴(kuò)散溫度：一般選擇母材的固溶處理溫度，或比釬焊溫度稍高的溫度，2-3h?，F(xiàn)在是67頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑶高溫合金擴(kuò)散焊

固相擴(kuò)散焊幾乎可以焊接各類高溫合金。含Cr、Al量高的合金，焊前必須仔細(xì)清理氧化膜，甚至表面鍍層后焊接。焊接工藝參數(shù)：焊接溫度：焊接壓力：略低于相應(yīng)溫度下合金的屈服應(yīng)力

●含Cr、Al量高的沉淀強(qiáng)化高溫合金，固相擴(kuò)散焊時(shí)，結(jié)合面形成Ti（CN），NiTiO3沉淀物，造成性能降低，若加入較薄的Ni-35%Co中間層合金，則可獲得組織均勻的接頭?，F(xiàn)在是68頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金固相擴(kuò)散焊工藝參數(shù)合金牌號(hào)焊接溫度/°C焊接壓力/MPa焊接時(shí)間/min真空度/PaGH3039117529.4~19.66~103.3*10-2GH3044100019.6103.3*10-2GH991150~117539.2~29.4103.3*10-2K403100019.6103.3*10-2現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑷瞬態(tài)液相擴(kuò)散焊（TLP）將中間層合金置于焊接面之間，施加小的或不施加力，在真空下加熱到中間層熔化形成液態(tài)薄膜，通過等溫?cái)U(kuò)散凝固形成接頭。此方法尤其適用于焊接性較差的鑄造高溫合金。

●關(guān)鍵是中間層合金：熔點(diǎn)：約為母材熔點(diǎn)的80-90%成分：保證焊接過程進(jìn)行，使接頭性能與母材接近；組織：與母材相近，不產(chǎn)生有害相。品種：粉狀非晶態(tài)（厚度）中間層合金:一般以Ni-Cr-Mo或Ni-Cr-Co-W(Mo)為基，加入適量B或Si元素?，F(xiàn)在是71頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四焊接工藝參數(shù)：

A.壓力：保證焊接結(jié)合面緊密接觸

B.溫度：較高溫度

C.保溫時(shí)間：較長(zhǎng)時(shí)間

D.中間層合金厚度：

E.真空度：接頭組織：主要由Ni-Cr固溶體、γ′強(qiáng)化相組成，再加上Si或P的化合物相及少量共晶組織。接頭性能：因組織與母材一致，故力學(xué)性能較為理想，高溫持久強(qiáng)度較高?，F(xiàn)在是72頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金瞬態(tài)液相擴(kuò)散焊工藝參數(shù)合金牌號(hào)中間層合金及厚度/mm焊接溫度/°C焊接壓力/MPa保溫時(shí)間/hGH22Ni0.0111580.7~3.54.0DZ22Z2F0.04*21210無24Z2F0.11210無24DD3D1P0.011250無24現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四高溫合金瞬態(tài)液相擴(kuò)散焊接頭性能母材中間層合金接頭間隙/mm工藝參數(shù)持久性能斷裂位置試驗(yàn)溫度/°C應(yīng)力/MPa持久壽命/hDZ22Z2P0.11210°C，36h98016677接頭51Z2F0.081210°C，24h98016612920318680接頭1161210°C，36h980166166DD3D1F0.081250°C24h980181198母材+870°C3791250°C，36h203137+870°C，32h124現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.4.1先進(jìn)高溫合金的發(fā)展概況先進(jìn)高溫合金是航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵材料。

40年代：迅速發(fā)展；

60年代：受合金化限制，通過單純調(diào)整成分已達(dá)極限；

70年代：開始研究新的制備工藝，如定向凝固、單晶、氧化物彌散強(qiáng)化等。可見，先進(jìn)高溫合金是在特殊工藝條件下制造的具有特殊成分、精細(xì)組織和卓越高溫性能的新型合金。3.4先進(jìn)高溫合金的焊接現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

⑴定向凝固高溫合金和單晶高溫合金

晶界：金屬和合金在高溫下的薄弱環(huán)節(jié)

合金化技術(shù)——強(qiáng)化晶界

定向凝固技術(shù)——定向凝固生成柱狀晶，消除與主應(yīng)力垂直的橫向晶界?！苯由蓡尉?，消除晶界?，F(xiàn)在是76頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四一些定向凝固及單晶高溫合金的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）合金牌號(hào)CrCoTiAlMoWTaBCZrHf其他NiDSMa-M200（美）8.41015.50.61030.0150.150.051.4-基PWA1480（美）1051.55-412-----基PWA1484（美）510-5.6269.8---0.13Re基DZ-22（中）91025-12-0.0150.14-1.51Nb基DD3（中）9.552.35.74.25.2-----基現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

⑵氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)高溫合金一種含有均勻分布的超細(xì)氧化物質(zhì)點(diǎn)彌散強(qiáng)化的合金。種類1：鎳基合金中加入Y2O3；種類2：鐵基合金中加入Y2O3。制備技術(shù)：通過高能球磨等機(jī)械合金化方法將氧化物彌散相引入基體金屬而制取。

現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四一些氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金的成分和性能牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%持久強(qiáng)度/1093°CFeNiCrWMoTaTiAlBZrCY2O3MA753-余20---2.51.50.0070.070.051.3103MPa,100hMA754-余20---0.50.3--0.050.6103MPA,100hMA956余-20----0.54.5---0.555MPa,100hMA957余-14-0.3-0.990.06---0.27-MA6000-余154222.54.50.010.150.051.1145MPa,100hMA760-余203.52--60.010.150.050.95-現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.4.2定向凝固和單晶高溫合金的焊接

焊接性：類似于普通的鑄造鎳基高溫合金

A.化學(xué)成分復(fù)雜：Al、Ti含量高，難免產(chǎn)生熱裂紋；

B.熔化區(qū)破壞母材原有的特殊凝固狀態(tài)。最好的方法：母材不熔化的釬焊和擴(kuò)散焊。其中，釬焊：接頭強(qiáng)度受釬料限制；擴(kuò)散焊：高溫強(qiáng)度高導(dǎo)致接觸界面難以發(fā)生蠕變變形；最合適的焊接方法——釬焊與擴(kuò)散焊的組合，即過渡液相擴(kuò)散連接現(xiàn)在是81頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑴定向凝固高溫合金的焊接

A.真空釬焊

被焊材料：DZ22用做航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱處理制度：1210°、2小時(shí)空冷，870°、32小時(shí)空冷?？v向持久性能為：980度，100小時(shí)，207MPa；橫向持久性能為：980度，188小時(shí)，177MPa。釬料：非晶釬料——鎳基BNi68CrWSiB

鈷基BCo50NiCrWSiB現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四試驗(yàn)用釬料成分牌號(hào)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）熔點(diǎn)/°CCrSiBFeCWCoNi固相線液相線BNi68CrWSiB(171)9.0~11.03.0~4.02.0~3.03.0~4.00.3~0.511.0~13.0-余9701105BCo50NiCrWSiB(BCo1)18.0~20.07.0~9.00.6~0.9-0.3~0.53.0~5.0余16.0~18.011051150現(xiàn)在是83頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四釬焊規(guī)范：加熱溫度1180℃保溫時(shí)間1h

真空度≥5×10-3Pa接頭性能：鎳基釬料接頭：在980℃、162MPa條件下，持久壽命83-109h，達(dá)到母材的80%；

鈷基釬料接頭：在980℃、162MPa條件下，持久壽命

僅14h，釬縫有大量缺陷?，F(xiàn)在是84頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四B.過渡液相真空擴(kuò)散焊

被焊材料：DZ22用做航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片中間層材料：0.04mm厚度的非晶態(tài)Z2F帶（含3~5%B無Al、Ti）

焊接規(guī)范：1210℃保溫24h接頭性能：在980℃、186MPa條件下，持久壽命80-116h，相當(dāng)于母材的90%。現(xiàn)在是85頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵單晶高溫合金的焊接

被焊材料：DD3組織為樹枝狀晶體焊接方法：過渡液相真空擴(kuò)散焊

中間層材料：含Zr中間層合金FZ2[Ni-Co10-Cr8-W4-Zr13]

焊接溫度：1270℃

凝固過程：15min——在連接界面形成白亮的γ固溶體帶，接頭中心形成γ+Ni5Zr共晶體；

2h——析出花紋狀γ+γ′共晶體，蜂窩狀共晶γ+Ni5Zr中的γ析出γ′相；現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四凝固過程：

15min——在連接界面形成白亮的γ固溶體帶，接頭中心形成γ+Ni5Zr共晶體；

(15min)現(xiàn)在是87頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

2h——析出花紋狀γ+γ′共晶體，蜂窩狀共晶γ+Ni5Zr中的γ析出γ′相；(2h)現(xiàn)在是88頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

8h——Ni5Zr減少并更加不連續(xù)；原因：形成γ+γ′共晶時(shí)消耗大量Zr，抑制了γ+Ni5Zr共晶的形成，因而接頭中化合物Ni5Zr被共晶γ′取代。因此，Zr可以降低熔點(diǎn)，同時(shí)促進(jìn)γ′沉淀析出，從而提高接頭的強(qiáng)度。隨著保溫時(shí)間的增加，共晶體中Zr含量降低，接頭中Ni5Zr的量相應(yīng)降低，直至消失。

(8h)現(xiàn)在是89頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四48h——Ni5Zr和共晶γ′均已消失，只有二次γ′相均勻分布于γ基體，完全類似于母材組織。

*采用這種含Zr中間層經(jīng)1270℃、48h等溫凝固后可獲得無脆性相的單晶高溫合金TLP接頭。(48h)母材現(xiàn)在是90頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四

3.4.3氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金（ODS）的焊接

⑴激光焊

被焊材料：ODS鎳基高溫合金MA745

原始組織：熱機(jī)械加工后的再結(jié)晶粗大組織，呈方向性很強(qiáng)的各向異性，沿軋制方向具有較好的力學(xué)性能。Y2O3為圓形質(zhì)點(diǎn)，直徑約0.05μm。

焊接接頭：激光焊縫很窄(約1.5mm),沒有裂紋和氣孔的跡象。

現(xiàn)在是91頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四接頭組織：沿著軋制方向焊接，但焊縫中的晶粒方向與母材取向不同：焊縫的晶粒邊界經(jīng)常垂直于母材的取向，只有焊縫中心很窄的區(qū)域內(nèi)晶粒生長(zhǎng)平行與母材的縱向晶粒。母材焊縫Y2O3質(zhì)點(diǎn)現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四MA754合金MA754接頭現(xiàn)在是93頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四注：ODS高溫合金原則上不能采用熔焊，但激光焊是較有希望的方法。MA754母材、激光焊和TIG焊接頭的拉伸試驗(yàn)結(jié)果比較力學(xué)性能母材激光焊接頭TIG焊接頭屈服強(qiáng)度/MPa656620360抗拉強(qiáng)度/MPa824816540伸長(zhǎng)率/%192219斷面收縮率/%161816現(xiàn)在是94頁(yè)\一共有114頁(yè)\編輯于星期四⑵固相擴(kuò)散焊

被焊材料：鎳基ODS高溫合金MA6000汽輪機(jī)葉片材料狀態(tài)：1、經(jīng)定向熱處理的再結(jié)晶狀態(tài)，具有擇優(yōu)取向的粗大長(zhǎng)條晶粒，表現(xiàn)出明顯的各向異性，沿著晶粒取向上具有卓越的高溫強(qiáng)度；2、未經(jīng)定向再結(jié)晶處理的加工狀態(tài)，晶粒細(xì)小，高溫強(qiáng)度很低。

A.再結(jié)晶/再結(jié)晶的擴(kuò)散焊焊接條件：溫度1200℃,保溫1.25h,壓力