高Al、Ti含量镍基高温合金激光、微弧火花表面熔焊处理研究进展及解决熔焊裂纹的途径

Al、Ti是镍基高温合金主要沉淀强化元素,随着Al、Ti含量的增加,镍基高温合金γ'-Ni3(Al,Ti)相体积百分数增加,高温强度增加,但是热裂纹敏感性也随之增加,如何利用熔焊工艺实现高Al、Ti镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊处理一直是高Al、Ti镍基高温合金叶片与热端部件制造与再制造面临的难题.文中从高温合金表面熔焊修复与强化问题出发,着重介绍了高温合金焊接冶金问题及焊接性改善途径、激光与微弧火花两种低热输入熔焊工艺在高温合金表面修复与强化领域的研究与应用进展.分析表明:高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊处理的主要难题是其高的热裂纹敏感性,主要表现在焊接或焊后热处理过程中容易产生凝固裂纹、液化裂纹、应变时效裂纹,采用惰性气体保护、改变基体组织状态、使用低强度的合金焊料、降低热输入等措施可有效改善其焊接性;激光、微弧火花等低热输入焊接工艺在解决高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊问题方面具有极大的潜力.     

激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究进展

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹（即凝固裂纹和液化裂纹）的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。在此基础上,从合金成分调控、工艺参数优化、基板预热以及热等静压处理等方面,概述了增材制造高温合金热裂纹调控和抑制的主要措施。最后,针对激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究中存在的问题,提出了进一步研究和发展的建议,为实现无裂纹镍基高温合金的增材制造提供了参考。     

高温合金熔化焊焊接性的研究进展

综述镍基高温合金和钴基高温合金熔化焊的研究现状,并阐述了焊接裂纹形成机理以及焊接工艺和合金成分对其焊接性的影响.镍基高温合金可以通过调整合金成分、析出相和晶界形貌、焊接工艺等来提高其焊接性.与沉淀强化型镍基高温合金相比,固溶强化钴基合金焊接性能良好,展现出良好的界面熔合性和较高的抗裂纹敏感性.新型沉淀强化钴基合金中γ/...     

高温合金氩弧焊时冶金及工艺因素对形成热裂纹的影响

本文介绍了几种喷气发动机用高温合金钨极氩弧焊时,所形成的焊缝金属结晶裂纹和热影响区液化裂纹。试验表明,当合金中Al、Ti、B 含量或焊接线能量增加时,焊接裂纹倾向性增大;焊前沉淀强化或冷变形硬化促使了焊接热裂纹的产生。     

《中国表面工程》2010年第5期

高Al＋Ti含量镍基高温合金激光、微弧火花表面熔焊处理研究进展及解决熔焊裂纹的途径Al、Ti是镍基高温合金主要沉淀强化元素,随着Al＋Ti含量的增加,镍基高温合金γ-Ni,（Al,Ti）相体积百分数增加,高温强度增加,但是热裂纹敏感性也随之增加,如何利用熔焊工艺实现高Al＋Ti镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊处理一直是高Al＋Ti镍基高温合金叶片与热端部件制造与再制造面临的难题。     

镍基合金焊接裂纹研究现状

近年来,镍基合金焊接件在航空航天、核电、火电和石油化工等工程领域的应用需求快速增长。本文介绍了镍基合金的分类以及镍基合金焊接方法的研究,由于成本以及技术等的限制,镍基合金的焊接主要采用熔化焊焊接方法。重点综述了镍基合金焊接裂纹的产生机理以及各元素对裂纹的影响。镍基合金熔化焊焊接过程中易产生4种焊接裂纹:结晶裂纹、液化裂纹、失塑裂纹和应变时效裂纹。总体上,结晶裂纹和液化裂纹产生机理已较为明确,焊接过程中低熔点液态薄膜的出现是结晶裂纹和液化裂纹产生的主要因素。失塑裂纹目前仍没有对其明确的定义,镍基合金失塑裂纹产生机理也存在着较大的分歧。镍基合金应变时效裂纹是沉淀强化镍基合金所特有的,裂纹产生与沉淀相的沉淀速率密切相关。杂质元素和添加元素对镍基合金焊接裂纹敏感性有着重要影响,元素的影响虽然已经进行了大量的研究,但元素单独或者协同对裂纹敏感性的具体影响仍需进一步的研究。     

坡口形状对GH536焊接接头组织及力学性能的影响

为探讨不同坡口角度对GH536镍基高温合金焊接接头组织及性能的影响,研究了其焊缝中心及热影响区组织、硬度及疲劳裂纹扩展速率。结果表明:随着坡口角度的减小,焊缝尺寸变大,热影响区范围扩大,焊缝中心的组织发生改变,硬度逐渐提高;相同应力强度因子幅条件下,GH536高温合金大角度坡口焊接接头具有较高的疲劳裂纹扩展速率,但小角度坡口的焊接接头疲劳裂纹扩展速率增加相对较快;在设计GH536镍基高温合金焊接坡口时,要综合考虑焊缝开裂的难易程度及疲劳裂纹扩展速率。     

镍基高温合金K403电火花沉积工艺

高Al、Ti型镍基高温合金具有良好的热稳定性、热强度和高温组织稳定性,广泛地应用于航空发动机叶片、燃气轮机热端部件等高端精密领域。由于这些热端部件造价昂贵且极易损坏,对该种零件进行维修与再制造成为降低该类部件运行成本的重要方法。由于Al、Ti含量会增大高温合金的焊接裂纹发生率,传统的熔焊技术很难应用到该类部件的维修当中,利用微弧电火花沉积技术对高Al、Ti型镍基高温合金K403进行了沉积试验,获得无裂纹堆焊层,为高Al、Ti高温合金的再制造工程增加了新的工艺方法。     

Inconel 690镍基合金焊接研究进展

Inconel 690镍基合金是一种面心立方结构的高温合金,具有优异的耐高温及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域。文中主要从焊接方法、凝固裂纹敏感性和高温失塑裂纹敏感性三个方面对Inconel 690镍基合金的焊接研究现状进行了总结和分析。传统熔化焊方法焊接Inconel 690镍基合金时易引起晶粒粗大、元素偏析并增加裂纹敏感性,而能量密度高的激光焊有望解决此类问题,然而相关研究较少;对铌的最佳含量范围存在很大分歧,析出相诱导机制的机理尚未明确,从工艺角度改善凝固裂纹和高温失塑裂纹的研究仍需进一步研究。     

晶粒尺度对镍基高温合金的高温失塑裂纹敏感性的影响

镍基高温合金FM-52M是被广泛应用于核电关键部件焊接结构的熔敷金属。但在厚壁管道焊接中,FM-52M的窄间隙填充焊缝具有明显的高温失塑裂纹(DDC)倾向。由于该类热裂纹缺陷的存在,将导致关键部件的焊接结构在核电严苛环境中服役时出现极大的安全隐患。目前在压力容器安全端等厚壁管道焊接制造中,仍无法完全避免该缺陷。针对该问题,提出了采用脉冲TIG焊细化FM-52M的焊缝微观结构改善材料的高温力学性能。通过基于Gleeble技术的单向拉伸试验(STF试验)对FM-52M填充焊缝的DDC裂纹敏感性进行评估,结果证实细化的微观组织提高了DDC裂纹的临界应变,增加了该熔敷金属的抗DDC性能。     

Research Progress on the Crack Formation Mechanism and Cracking-Free Design of gamma' Phase Strengthened Nickel-Based Superalloys Fabricated by Selective Laser MeltingEI北大核心CSCD

传统牌号高强镍基高温合金具有较宽的凝固温度区间、较高比例的低熔点共晶相,在增材制造快速非平衡凝固过程中易产生裂纹等缺陷;同时,热处理过程中残余应力释放和γ’相快速析出导致应变时效裂纹的形成,严重限制了其在激光增材制造领域的应用与推广。基于此,本文综述了近年来国内外研究组及作者团队在选区激光熔化高强镍基高温合金裂纹形成机理与抗裂纹设计(成形工艺参数优化、热处理制度调控以及合金成分设计)领域相关的研究进展,并对激光增材制造γ’相强化镍基高温合金裂纹调控的研究进行了展望。     

异种金属环焊接接头裂纹分析与控制

核级不锈钢与镍基合金异种金属环接头在焊接过程中发生裂纹是主要缺陷。从合金元素、打底焊工艺、焊接热输入、约束状态等方面对异种金属环接头焊接裂纹开展成因分析与控制,通过接头射线检验、金相检验、残余应力分析等手段对接头开展性能评价,有效消除了不锈钢与镍基合金异种金属环接头焊接裂纹,降低了焊接接头的残余应力水平。该研究结果对不锈钢与镍基合金异种金属环接头焊接裂纹的控制具有重要的参考意义和实用价值。     

基于微观组织的镍基合金焊接热裂纹判据

概述了镍基合金焊接热裂纹(结晶裂纹、高温失塑裂纹)的评价方法、产生原因和防止措施，结合核用690合金焊接材料的特点，采用大厚度裂纹试验方法研究了Laves相、MC和M₂(C,N)碳化物、MN氮化物对焊缝结晶裂纹、高温失塑裂纹的影响，提出了基于微观组织的镍基合金热裂纹判据，防止结晶裂纹判据为Laves相含量不大于0.9%(体积分数)，防止高温失塑裂纹判据为MC+MN+M₂(C,N)含量不小于0.18%，在此基础上，研制出新型690合金焊接材料—WHS693M焊丝。结果表明，焊丝抗裂性优良，熔敷金属力学性能满足三代核电主设备制造技术要求。     

颚式破碎机颚板焊接修复工艺的研究

本文应用直接在高锰钢上堆焊Ｄ２５６焊条和用铬镍奥氏体钢焊条（Ａ００２，Ａ１０２，Ａ１３２，Ａ３０２）打底两种焊接工艺研究了颚式破碎机颚板焊接修复问题，试验中发现了Ｄ２５６焊条直接堆焊高锰钢颚板ＨＡＺ液化裂纹不可避免，用铬镍奥氏体钢焊打底堆焊，由于铬镍奥氏体钢焊缝过高锰钢ＨＡＺ液化裂纹有“治愈”作用，可以得到没有焊接裂纹的焊接接头，其中以Ａ３０２焊条效果最佳，采用Ａ３０２焊条打底，在基个堆Ｄ２５６焊     

铸造镍基高温合金增材修复技术的研究现状

铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤失效,其维修或更换成本极高。通过增材修复来恢复局部损伤叶片的性能,将极大地降低制造成本、缩短制造周期、节约资源,具有极大的社会效益和市场价值。本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金部件的服役工况与失效形式,结合铸造镍基高温合金的成分、组织与性能特点,系统分析了增材修复时出现裂纹的类型、特点及形成机理,阐述了各类裂纹的主要影响因素,从增材工艺和材料两方面分类综述了减少或避免裂纹的增材修复工艺与技术现状,分析了不同增材修复方法的优缺点与未来可能的研究热点。     

GH99镍基合金焊接热裂纹的动态过程研究

本文利用高温金相显微镜直接观察GH99镍基高温合金钨极氩弧焊焊缝和热影响区在1200℃和一定应力、应变条件下的组织变化和热裂纹的起始、扩展、断裂的动态过程,研究合金的化学成分、组织及所受应力、应变对焊接热裂纹(结晶裂纹和液化裂纹)的影响。研究结果表明,影响热裂纹的主要因素是合金的化学成分,尤其是Al、Ti含量及Al/Ti(含量)比值,应力和应变也有一定的影响。化学成分决定了合金的零塑性温度,零塑性温度较高的合金的热裂纹倾向小,低者热裂纹倾向大。     

机械振动方式对Inconel 601H镍基高温合金焊缝微观组织的影响

为了降低镍基高温合金焊缝的热裂纹敏感性,采用在TIG焊过程中施加横向和纵向低频机械振动的方式进行焊接试验,焊后采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析焊缝的微观组织以及析出相的变化特征,并对焊接接头的显微硬度进行了对比分析。试验结果表明:不同的振动方式下焊缝晶粒的细化效果不同,与横向振动相比,施加纵向振动的焊缝可以获得细小均匀的等轴晶组织,焊接接头的显微硬度明显提高。与常规焊接相比,不管是施加横向振动还是纵向振动,焊缝处的γ′相更加细小,且弥散均匀分布。因此,焊接过程中施加低频机械振动有利于降低镍基高温合金焊缝的热裂纹敏感性。     

铸造镍基合金焊接液化裂纹

本文用金相、相分析、电镜,特别是扫描电镜、电子探针等手段对铸造镍基合金焊接液化裂纹、焊接热影响区晶界经受焊接高温过程的变化进行了综合研究。提出了某些铸造镍基合金液化裂纹产生的机理:①在焊接高温下,沿晶界及晶界附近的γ γ′共晶及其反应前缘富Zr 等低熔物熔化;④沿晶界及晶界附近的TiC 全部或部分溶解、产生“组分液化”;③这些液相沿晶界漫流形成液化晶界的部分在焊接收缩应力下开裂。根据上述裂纹产生机理调整了某铸造镍基合金成分,合金的液化裂纹倾向性得到了改善。根据液化裂纹成因,采取了防止措施,在产品焊接上取得了良好效果。     

单晶高温合金的冷热疲裂纹生长行为研究

研究了3种不同镍基高温合金在不同的热循环温度下的热疲劳性能.结果表明,单晶高温合金具有较好的热疲劳抗性,分别用光学显微镜和扫描电镜对热疲劳裂纹的萌生和扩展行为进行观察发现,裂纹首先在缺口处萌生,而在不同合金中裂纹的扩展行为具有显著差异.在单晶高温合金中裂纹的扩展方向与枝晶生长方向成45°,而在Mar-M002多晶定向合金中,裂纹则主要沿着枝晶间区域的共晶和碳化物进行扩展.扩展方式的不同对合金的热疲劳抗性会产生很大的影响.     

高温耐蚀镍基合金的焊接研究现状及展望

高温耐蚀镍基合金在现代制造业中具有重要应用。本文从热裂纹的产生、合金元素的影响、焊接方法、焊接工艺及数值模拟等方面对近年来高温耐蚀镍基合金的相关研究状况进行了总结，并对今后的研究发展方向进行了展望。