[发明专利]一种高铝钛型镍基高温合金的堆焊设备及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接工艺领域，更具体地说，涉及高铝钛型镍基高温合金的堆焊工艺。

背景技术

现代高性能航空发动机和燃气轮机热端部件制造主要采用高铝、钛(铝+钛含量总和大于6％)镍基高温合金。由于这些热端部件设计制造时选用了优良的合金、特殊复杂的冷却结构及很好的防护涂层，造价昂贵。另一方面，这些部件工作在高温、高压、腐蚀性燃气环境中，又是易损件，常常产生各种早期损伤，如磨损、裂纹和烧蚀等。对于易损坏的燃气轮机叶片来说，一旦发生损伤就意味着失去使用价值，需要更换，由于这些易损坏的叶片价格极为昂贵，更换的成本是天文数字。

因此很长时间以来，人们就注意到修复技术所带来的巨大经济效益，但由于受到技术发展水平的局限，修复技术的发展较慢。近30年来，随着航空事业和燃气发电事业的迅速发展，叶片与热端部件的修复技术已有了长足的进步。以焊接技术为主导的相关工艺方法围绕着解决叶片与热端部件的修复问题形成了一个燃气轮机发动机修复技术的系统工程。

铝、钛是燃气轮机叶片材料——镍基高温合金的主要沉淀强化元素，随着铝、钛含量的增加，镍基高温合金γ′-Ni₃(铝，钛)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，对于高铝钛的镍基高温合金来说，采用熔焊工艺修复所要面临的主要问题就是该材料的裂纹敏感性很高，采用普通的焊接工艺，裂纹发生概率为95％以上，如何实现高铝、钛镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊处理一直是高铝、钛镍基高温合金叶片与热端部件制造与再制造面临的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种堆焊设备及其方法，实现高铝钛镍基高温合金(铝+钛含量总和大于6％)的表面无损伤焊接。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种高铝钛型镍基高温合金的堆焊设备，包括保护气罩、焊枪、熔焊电源，其中：

所述保护气罩的圆周外围设置感应线圈，通过感应对保护气罩内的工件进行加热；

所述焊枪与熔焊电源相连，对工件实施等离子体熔焊堆焊；

所述保护气罩的下端与气罩保护气相连，以使保护气在保护气罩中由下向上流动，为工件提供惰性气氛保护。

所述感应加热的温度为使工件的温度达到700-1100℃。

所述堆焊设备中，还包括红外测温装置，用于检测工件的温度。

一种利用上述设备进行堆焊的方法，按照下述步骤进行：

(1)将工件固定在保护气罩内的夹具上；

(2)打开气罩保护气，使保护气体在保护气罩中由下向上流动，为工件提供惰性气氛保护；

(3)打开感应加热器对工件进行加热，待工件温度到达预定温度后，停止加热，调整感应加热器为保温档；

(4)打开等离子焊机，实施堆焊。

其中步骤(3)中可采用红外线温度计检测工件的加热温度。

所述保护气体的流量为15-30L/min，优选20-25L/min。

所述对工件的感应加热温度为700-1100℃，优选800-1000℃。

对于高铝钛(铝+钛含量总和大于6％)的镍基铸造基高温合金来说，采用熔焊工艺修复所要面临的主要问题就是该材料的裂纹敏感性很高，究其原因一方面是因为此类高温合金的强化机制很多，材料强度极大，塑性与韧性较差造成的。另一方面由于熔焊过程中不合理的热输入造成了较大的温度梯度，温度梯度产生很大的热应力，这种热应力以拉应力的形式存在，造成了熔焊过程中高铝钛含量的镍基高温合金表面开裂。

本发明的技术方案采用堆焊技术实现对高铝、钛镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊，着重考虑以下因素：

(1)高温预热

铝+钛含量总和大于6％的镍基高温合金工件由于其材料强度大，韧性差，导热性能低。在熔焊过程中熔池温度与基体温度梯度很大，产生了很大的热应力，热应力是造成高铝钛镍基高温合金表面裂纹的主要因素，为降低温度梯度避免较大的热应力发生，需要在很高的温度下焊接，必须进行焊前高温预热处理。本技术方案选择的预热温度区间在700-1100℃，优选800-1000℃。同时为使操作更加便捷，本发明采用感应加热的方法直接对工件进行预热。

(2)惰性气体保护