專利名稱：一種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激
光焊接修理方法。
背景技術(shù)：
火焰筒是某大修機燃燒室中的重要熱端部件之一，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步，材 料組織因工作時間的延長已發(fā)生了變化， 某鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒故障率較高，報廢率達到20 %以上，故障存 在兩個顯著的特點，一是密集性裂紋，二是火焰筒在外壁孔邊擋板有嚴(yán)重?zé)g和燒熔現(xiàn)象， 為盡快完成修復(fù)操作，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn) 機加火焰筒燒蝕、燒熔現(xiàn)象明顯增多，對嚴(yán)重部位采用氬弧焊修復(fù)的方法已不能 滿足修理要求，只有找出其它修理方法來解決火焰筒備件的需求。我們采用在高溫下計算 應(yīng)力模型，對火焰筒工作狀態(tài)下受環(huán)境問題影響發(fā)生變化的應(yīng)力計算，分析裂紋產(chǎn)生的原 因，及工作中裂紋變化情況，得出結(jié)論 1)火焰筒熱應(yīng)力與瞬態(tài)升溫(及快速轉(zhuǎn)換狀態(tài))強烈相關(guān)。 2)火焰筒在瞬態(tài)升溫過程溫度差異大使得氣膜擋板在溫度平衡前局部產(chǎn)生壓縮 塑性變形，是造成氣膜擋板裂紋萌生的主要因素。 3)估計火焰筒疲勞裂紋萌生壽命應(yīng)該考慮瞬態(tài)升溫及快速轉(zhuǎn)換狀態(tài)過程。
4)火焰筒氣膜擋板裂紋是由高溫區(qū)擴展到低溫區(qū)，其擴展速率可能逐漸降低。
5)并列裂紋彎折擴展的可能性不大，但由于兩條裂紋前方出現(xiàn)了相互連接的高應(yīng) 力區(qū)，如果材質(zhì)不均勻或突然出現(xiàn)大的載荷波動有可能局部破壞造成裂紋連接而掉塊。
6)氣膜擋板出現(xiàn)裂紋萌生，如果采用打豁口的方案降低裂紋擴展速率，除非打豁 口除去整條裂紋(這樣消除了裂紋尖端的奇異性)，否則沒有多大作用。
7)氣膜擋板開槽可以大大降低氣膜擋板出口處周向拉應(yīng)力，但槽頂前緣會出現(xiàn)很 強的應(yīng)力集中。 人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接 修理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)效果更好的鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激 光焊接修理方法。 本發(fā)明提供了一種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法， 所述環(huán)形機加火焰筒材質(zhì)為鎳基變形高溫合金3 TI 648;所述3 TI 648合金亦即 XH50BMTK3E-BM的化學(xué)成分以及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr :32 35% ;W : 4. 3 5. 3 % ;Ti :0. 5 1. 1 % ;A1 :0. 5 1. 1 % ;Mo :2. 3 3. 3 % ;Nb :0. 5 1. 10 % ; C《0. 10 % ;Si《0. 40 % ;Mn《0. 50 % ;S《0. 010 % ;P《0. 015 % ;B《0. 008 % ;Ce《0. 030% ;Fe《4. 0% ;Ni :余量；其特征在于所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法依次 具體要求如下 首先對輕微燒蝕處和氬弧焊難于補焊處采用激光熔敷焊接方法修復(fù)，其次采用激 光焊接工藝進行原位切割、原位焊接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除；其中，所述的激光 熔敷焊接方法具體要求是 首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，然后清洗烘干； 然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接；IMR-03鎳基合金填料成分以
及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr :18 25% ;W :6 8% ;Ti :1 3% ;Al :1 3% ;Mo : 6 8% ;微量元素《0. 5% ;Ni :余量； 焊接時采用兩種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；在坡口處填加IMR-03鎳基合金
填料進行焊接的工藝參數(shù)具體是焦距70mm和150mm，脈寬4ms，頻率5Hz。 所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法中，所述的激光熔敷焊接方法優(yōu)選的具體要求
是 首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，分段直線化處理，打磨焊接處兩側(cè) 的氧化物，燒蝕組織及其鄰近的表面氧化物涂層并采用酒精+丙酮清洗烘干；
然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料在脈沖激光焊機上進行堆焊，焊接時采 用兩種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置； 焊接過后機械修磨成形，進行著色檢查、X光檢測。 所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊 接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除的具體要求是 首先，在火焰筒第1段魚鱗上將燒蝕區(qū)域切除；其次，同樣在報廢的火焰筒體上切 下同樣大小的無損傷片；再次，將無損傷片鑲嵌在要修復(fù)的火焰筒切口處，采用激光焊定位 和輔以定位夾具固定；最后采用同軸He-He光確定激光焊軌跡及其控制程序，確定無誤后 在氬氣保護下激光連續(xù)填料IMR-03焊接；
焊后機械修磨，著色檢查，X光檢測。 通過對不同部位(參見附圖)分別進行晶粒度(100倍)和高倍組織(500倍)觀 察，檢查結(jié)果如下 1)正常部位切取的試樣，無論是哪個位置晶粒度和組織基本無差異，如圖3 6所 示，晶粒度為4-5級，金相組織為細小的碳化物、Y '相、a -Cr相均勻分布于晶內(nèi)。
2)燒蝕較重部位(參見附圖7 10)，位置2處晶粒度為5級左右，組織為細小的 碳化物、Y '相、a -Cr相均勻分布于晶內(nèi)，與正常部位組織比較未見差異；位置1處邊緣晶 界有氧化加粗現(xiàn)象，晶內(nèi)化合物相與正常部位組織比較明顯減少，晶界碳化物長大，晶粒未 見明顯長大。 通過對高溫下計算應(yīng)力模型，對火焰筒工作狀態(tài)下受環(huán)境問題影響發(fā)生變化的應(yīng) 力計算，分析裂紋產(chǎn)生的原因，及工作中裂紋變化情況；經(jīng)過對不同壽命期的材料組織分 析，材料成分相同，但材料的晶粒度增大明顯，碳化物析出較大，再采用氬弧焊帶來困難，為 此提出新的激光焊接修復(fù)技術(shù)方案，對于燒熔、燒蝕嚴(yán)重部位和裂紋密集部位提出原位切 割原位鑲塊激光焊接一次完成的新工藝方法來解決。 通過采用激光焊接和原位切割原位焊接的修理方法，可以解決某大修發(fā)動機機加火焰筒由于燒熔、燒蝕及密集性裂紋故障的排除，降低發(fā)動機修理成本，滿足發(fā)動機修理需要。 本發(fā)明可以解決某大修發(fā)動機機加火焰筒由于燒熔、燒蝕及密集性裂紋故障的排 除，降低發(fā)動機修理成本，滿足發(fā)動機修理需要。 為此我們特地選用激光熔敷的焊接方法來修復(fù)機加火焰筒燒蝕嚴(yán)重部位，經(jīng)工藝 試驗確定了修復(fù)方法；修復(fù)操作達到了預(yù)期效果。


下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明 圖1為環(huán)形機加火焰筒燒蝕狀況示意圖之一 ； 圖2為環(huán)形機加火焰筒燒蝕狀況示意圖之二 ； 圖3為環(huán)形機加火焰筒3#-1_1正常部位金相組織(100 X); 圖4為環(huán)形機加火焰筒3#-1_2正常部位金相組織(500 X); 圖5為環(huán)形機加火焰筒3#-2_1正常部位金相組織(100 X); 圖6為環(huán)形機加火焰筒3#-2_2正常部位金相組織(500 X); 圖7為環(huán)形機加火焰筒4#-1_1燒蝕較重部位金相組織(100 X); 圖8為環(huán)形機加火焰筒4#-1_2燒蝕較重部位金相組織(500 X); 圖9為環(huán)形機加火焰筒4#-2_1燒蝕較重部位金相組織(100 X); 圖10為環(huán)形機加火焰筒4#-2_2燒蝕較重部位金相組織(500 X)。
具體實施方式

實施例1 —種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法，所述環(huán)形機加火焰 筒材質(zhì)為鎳基變形高溫合金3 TI 648;所述3 TI 648合金亦即XH50BMTK3E-BM 的化學(xué)成分以及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr :32 35% ;W :4. 3 5. 3% ;Ti :0. 5
1. 1% ;A1 :0. 5 1. 1% ;Mo :2. 3 3. 3 % ;Nb :0. 5 1. 10% ;C《0. 10% ;Si《0. 40% ;
Mn《0. 50 % ;S《0. 010 % ;P《0. 015 % ;B《0. 008 % ;Ce《0. 030 % ;Fe《4. 0 % ;Ni :
余量；所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法依次具體要求如下 首先對輕微燒蝕處和氬弧焊難于補焊處采用激光熔敷焊接方法修復(fù)裂紋，其次采 用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除；其中，所述的
激光熔敷焊接方法具體要求是 首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，分段直線化處理，打磨焊接處兩側(cè)
的氧化物，燒蝕組織及其鄰近的表面氧化物涂層并采用酒精+丙酮清洗烘干； 然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料在脈沖激光焊機進行堆焊；IMR-03鎳基
合金填料成分以及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr :18 25% ;W :6 8% ;Ti :1 3% ; Al :1 3% ;Mo :6 8% ;微量元素《0. 5% ;Ni :余量； 焊接時采用兩種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；在坡口處填加IMR-03鎳基合金 填料進行焊接的工藝參數(shù)具體是焦距70mm和150mm，脈寬4ms，頻率5Hz。
焊接過后機械修磨成形，進行著色檢查、X光檢測。
5
所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊 接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除的具體要求是 首先，在火焰筒第1段魚鱗上將燒蝕區(qū)域切除；其次，同樣在報廢的火焰筒體上切 下同樣大小的無損傷片；再次，將無損傷片鑲嵌在要修復(fù)的火焰筒切口處，采用激光焊定位 和輔以定位夾具固定；最后采用同軸He-He光確定激光焊軌跡及其控制程序，確定無誤后 在氬氣保護下激光連續(xù)填料IMR-03焊接；
焊后機械修磨，著色檢查，X光檢測。
實施例2 本實施例與實施例1內(nèi)容基本相同，其不同之處主要在于 首先對輕微燒蝕處和氬弧焊難于補焊處采用激光熔敷焊接方法修復(fù)，其次采用激 光焊接工藝進行原位切割、原位焊接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除；其中，所述的激光 熔敷焊接方法具體要求是 首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，然后清洗烘干； 然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接；IMR-03鎳基合金填料成分以
及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr :18 25% ;W :6 8% ;Ti :1 3% ;A1 :1 3% ;Mo : 6 8% ;微量元素《0. 5% ;Ni :余量； 焊接時采用光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料 進行焊接的工藝參數(shù)具體是焦距70mm和150mm，脈寬4ms，頻率5Hz。
權(quán)利要求
一種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法，所述環(huán)形機加火焰筒材質(zhì)為鎳基變形高溫合金ЭП648；所述ЭП648合金亦即ХН50ВМТЮБ-ВИ的化學(xué)成分以及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr32～35％；W4.3～5.3％；Ti0.5～1.1％；Al0.5～1.1％；Mo2.3～3.3％；Nb0.5～1.10％；C≤0.10％；Si≤0.40％；Mn≤0.50％；S≤0.010％；P≤0.015％；B≤0.008％；Ce≤0.030％；Fe≤4.0％；Ni余量；其特征在于所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法依次具體要求如下首先對輕微燒蝕處和氬弧焊難于補焊處采用激光熔敷焊接方法修復(fù)裂紋，其次采用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具體要求是首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，然后清洗烘干；然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接；IMR-03鎳基合金填料成分以及質(zhì)量百分比含量要求具體是Cr18～25％；W6～8％；Ti1～3％；Al1～3％；Mo6～8％；微量元素≤0.5％；Ni余量；焊接時采用兩種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接的工藝參數(shù)具體是焦距70mm和150mm，脈寬4ms，頻率5Hz。
2. 按照權(quán)利要求1所述鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法，其特征在于所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法中，所述的激光熔敷焊接方法具體要求是首先對需補焊的裂紋處開坡口 ，進行清理打磨，分段直線化處理，打磨焊接處兩側(cè)的氧化物，燒蝕組織及其鄰近的表面氧化物涂層并采用酒精+丙酮清洗烘干；然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料在脈沖激光焊機上進行堆焊，焊接時采用兩 種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；焊接過后機械修磨成形，進行著色檢查、x光檢測。
3. 按照權(quán)利要求2所述鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法，其特征在于所述環(huán)形機加火焰筒焊接修理方法中，采用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊接， 來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除的具體要求是首先，在火焰筒第1段魚鱗上將燒蝕區(qū)域切除；其次，同樣在報廢的火焰筒體上切下同 樣大小的無損傷片；再次，將無損傷片鑲嵌在要修復(fù)的火焰筒切口處，采用激光焊定位和輔 以定位夾具固定；最后采用同軸He-He光確定激光焊軌跡及其控制程序，確定無誤后在氬 氣保護下激光連續(xù)填料MR-03焊接；焊后機械修磨，著色檢查，X光檢測。
全文摘要
一種鎳基變形高溫合金環(huán)形機加火焰筒激光焊接修理方法，火焰筒材質(zhì)為Э∏648；首先對輕微燒蝕和氬弧焊難于補焊處采用激光熔敷焊接方法修復(fù)裂紋，其次采用激光焊接工藝進行原位切割、原位焊接，來解決燒蝕嚴(yán)重部位的故障排除；其中，所述的激光熔敷焊接方法具體要求是首先對需補焊的裂紋處開坡口，進行清理打磨，然后清洗烘干；然后在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接；焊接時采用兩種光學(xué)聚焦系統(tǒng)和氬氣保護裝置；在坡口處填加IMR-03鎳基合金填料進行焊接的工藝參數(shù)具體是焦距70mm和150mm，脈寬4ms，頻率5Hz。本發(fā)明大大降低了發(fā)動機修理成本，修復(fù)操作達到了預(yù)期效果。
文檔編號B23K26/32GK101704165SQ200910219970
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者呂晶, 張革, 李丹, 王曉微, 王茂才 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司