[发明专利]用于K418B高温合金导向器铸造缺陷的焊料及补焊方法

说明书

本发明属于焊接技术领域，涉及一种用于K418B高温合金导向器铸造缺陷的焊料及补焊方法；焊料成分及质量百分比为：C：0.03～0.07；Cr：21.5～24.0；Nb：3.2～4.2；Mo：8.5～10.5；Ti：0～0.5；Al：0～0.5；P：≤0.015；S：≤0.015；O：≤0.015；N：≤0.01；Ni：余量；补焊方法采用使用高频脉冲氩弧焊技术，辅以焊前预热、焊后缓冷和焊后焊点喷丸强化，对导向器上的铸造缺陷进行修复，可用于K418B铸造高温合金铸件缩松、缩孔、欠铸、磨损和裂纹等缺陷的补焊；焊料的焊接流动性好，焊缝成形好，补焊接头经荧光和X射线检查无裂纹、未熔合缺陷，补焊接头的室温平均强度达到885MPa，优于零件材料标准的技术要求。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种用于K418B高温合金导向器铸造缺陷的焊料及补焊方法。

背景技术

K418B合金，是K418改型的铸造镍基高温合金。与K418合金相比，其碳和钛含量较低，室温塑性和冲击韧性有明显提高，组织稳定性更好。该合金成分较简单，价格较便宜。在900℃以下具有较高的蠕变强度、热疲劳和抗氧化性。适合于制作900℃以下工作的燃气涡轮导向叶片和转子叶片以及整铸涡轮，也可做截面较大的其他高温下用的大型铸件。但是，大尺寸且形状复杂的零件在铸造过程中，极易出现缩松、缩孔、欠铸及裂纹等缺陷，需要采用焊接技术对缺陷进行补焊。由于该合金中Al+Ti含量（wt.%）高达6.8%左右，使其铸造和焊接的凝固过程易生成（γ+γ′）共晶组织。因此在铸件焊接或补焊过程中，焊缝因易生成低熔点共晶相而具有高的结晶裂纹敏感性，同时HAZ因原始铸造组织晶界存留的共晶相易发生重熔而具有大的液化裂纹倾向。在铸态铸件的焊接加热过程中焊缝发生熔化、热影响区发生不同程度的固溶，在冷却过程及焊后热处理时焊缝和热影响区会发生时效脆化，在焊接残余应力的作用下，容易发生应变时效裂纹。即使经过均匀化处理的铸件，在焊接热作用下，焊缝和热影响区也存在发生时效脆化的倾向。

为改善K418B高温合金导向器铸件补焊时的裂纹敏感性，基于K418B合金的化学成分以及各元素在焊缝金属中的作用，设计优化了修复用焊料的成分。

另一方面，导向器为环形封闭结构，自身拘束度大，会造成大的补焊热应力和残余应力，增加焊接热裂纹和应变失效裂纹产生倾向。导向器结构复杂，包含叶片和内、外环，叶片进、排气边尺寸差异大，叶片与内、外环过渡连接处存在截面突变，不仅会造成铸件组织、成分不均匀，还会造成应力集中，增加补焊时的裂纹产生倾向。

铸件补焊裂纹的影响因素多，焊接材料、工艺参数、热处理状态、补焊部位等对裂纹的产生均有影响，不同因素之间的相互作用复杂。因此铸造高温合金导向器精铸件的补焊裂纹控制难度大，是决定补焊合格率和铸件成品率的技术关键。

研究表明喷丸强化使得裂纹的闭合水平显著增强。采用弹丸以一定速度不断撞击构件表面，使材料发生塑性变形，同时在构件表层形成残余压应力，次表层形成与之平衡的残余拉应力。垂直于裂纹扩展方向的残余压应力对裂纹的扩展起阻滞作用，采用焊后及时焊点喷丸强化有效防止裂纹扩展或者再生裂纹，提高铸件成品的合格率。

发明内容

本发明的目的是：针对以上缺陷补焊过程中的无合适焊丝可用、裂纹扩展及再生裂纹的难题，提出一种用于K418B铸造高温合金导向器缺陷的补焊方法，对应的合金补焊接头的室、高温强度高，补焊焊缝质量好且工艺实施性好。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种用于K418B高温合金导向器铸造缺陷的焊料，所述焊接材料为Ni-Cr-Nb-Mo-Ti-Al系镍基合金焊料，成分及质量百分比为：C：0.03~0.07%；Cr：21.5~24.0%；Nb：3.2~4.2%；Mo：8.5~10.5%；Ti：0~0.5%；Al：0~0.5%；P：≤0.015%；S：≤0.015%；O：≤0.015%；N：≤0.01%；余量为Ni。