Как контролировать качество сварки поковок из суперсплавов?

Поковки из суперсплавов обладают превосходными механическими свойствами при высоких температурах и служат основными несущими компонентами энергетического оборудования. Тем не менее, содержащие такие элементы, как алюминий, титан, ниобий и молибден, они склонны к растрескиванию в зоне термического влияния при сварке и относятся к трудносвариваемым материалам. Авиационные газовые турбины предъявляют высокие требования к надежности компонентов.

 

 

1. GTAW/TIG

Как наиболее часто используемый метод, он обеспечивает стабильную электрическую дугу и контролируемое тепловложение. Он применяется для сварки корневого прохода, многопроходной сварки толстых профилей и ремонтных работ поковок на основе никеля, включая GH4169 и GH536. Применяется положительный электрод постоянного тока и аргоновая защита как на передней, так и на задней стороне. Сварочная эффективность его относительно невысока, а в зоне термического влияния склонны к образованию ликвационных трещин.

 

2. ЛАПА

Он отличается концентрированной энергией и большой глубиной провара, а также меньшим выгоранием сплава по сравнению со сваркой TIG. Он может обеспечить полное проплавление за один проход для заготовок средней толщины. Однако он требует высокой точности сборки и имеет узкое технологическое окно. Неправильный подвод тепла может спровоцировать образование ликвационных трещин на границах зерен. Подходит для массового производства.

 

3. Лазерная/электронно-лучевая сварка

Обладая высокой плотностью энергии и низким уровнем сварочных искажений, он предотвращает образование ликвационных трещин и подходит для прецизионных тонкостенных деталей. Электронно-лучевая сварка обеспечивает сварку без окисления в условиях вакуума, а лазерная сварка обеспечивает автоматическую работу. К недостаткам можно отнести высокую стоимость оборудования и жесткие требования к монтажным зазорам; В сварных швах легко появляется пористость. Перед сваркой необходима тщательная очистка поверхности.

 

4. Сварка в твердом состоянии

При инерционной сварке трением основной металл остается нерасплавленным, что позволяет избежать таких дефектов, как трещины затвердевания и фаза Лавеса. Это предпочтительный процесс для поковок турбинных дисков и вращающихся валов. Диффузионная сварка применима к разнородным сплавам и прецизионным тонким деталям без сварных швов присадочного металла, но отличается длительными циклами обработки и чрезвычайно высокими требованиями к качеству обработки поверхности.

 

5. Дуговая сварка в среде защитного газа и ручная дуговая сварка.

Дуговая сварка в защитных газах отличается высокой эффективностью и применяется на некритических участках. Ручная дуговая сварка обеспечивает удобный ремонт на месте, но имеет плохой экранирующий эффект и высокий риск дефектов. Его применение ограничено для первичных несущих поковок авиационных газовых турбин, вместо этого приоритет отдается сварке TIG.

 

 

1. Ликвационные трещины

При сварочных термических циклах легкоплавкие фазы на границах зерен в зоне термического влияния плавятся с образованием жидких пленок. Под действием сварочных напряжений происходит межкристаллитное растрескивание. Это распространенный дефект дисперсионно-упрочненных суперсплавов на основе никеля.

 

2. Разогрейте трещины

Во время послесварочной термообработки или эксплуатации при высоких температурах упрочняющие фазы выделяются внутри зерен и создают напряжения. Недостаточная прочность границ зерен приводит к возникновению межзеренных трещин.

 

3. Пористость и шлаковые включения.

Пористость образуется по мере поглощения водорода и азота ваннами расплава, что вызвано неадекватным удалением масляных пятен, оксидных окалины и влаги на поверхностях канавок, загрязнением защитного газа или неудачной защитой задней стороны. Оксидные шлаковые включения возникают в результате неполного межпроходного удаления шлака.

 

4. Выделение хрупкой фазы.

Например, при сегрегации ниобия во время сварки GH4169 образуется фаза Лавеса, которая ухудшает пластичность, вязкость и усталостные характеристики сварных соединений. В основном это вызвано чрезмерным подводом тепла и медленной скоростью охлаждения.

 

5. Огрубление зерна

Зерна кованого основного металла, очищенного ковкой, грубеют в зоне термического влияния при длительном воздействии высоких температур при сварке, что ухудшает механические свойства сварных соединений.

 

 

1. Предварительная сварка

Проверьте характеристики материалов и внутренние дефекты поковок. Выбирайте соответствующие присадочные материалы, устойчивые к растрескиванию, и сохраняйте их влагонепроницаемыми. Приварите канавки машинной сваркой и удалите загрязнения, такие как масляные пятна и оксидные слои, на расстоянии не менее 20 мм с обеих сторон канавок. Выполните аттестацию процедуры сварки и убедитесь, что сварщики имеют действующие сертификаты.

 

2. Процесс сварки

Сварку производить узкошовной сваркой с небольшим колебанием электрода. Контролируйте подвод тепла и температуру между проходами, чтобы уменьшить сегрегацию элементов и ликвацию границ зерен. Очистите оксидные пленки и проведите визуальный осмотр после завершения каждого прохода сварки. Записывайте параметры сварки для обеспечения прослеживаемости.

 

3. Термическая обработка после сварки.

Снятие остаточных сварочных напряжений и восстановление механических свойств сварных соединений. Выполните обработку на раствор и старение в соответствии со спецификациями сплава. Строго контролируйте параметры нагрева, охлаждения и выдержки, чтобы избежать укрупнения зерна или недостаточного снятия напряжений.

 

4. Проверка после сварки

Произвести визуальный контроль на наличие сварных швов и дефектов поверхности. Комбинируйте дефектоскопию (PT), магнитопорошковый контроль (MT), ультразвуковой контроль (UT) и радиографический контроль (RT) для неразрушающего контроля. Для ответственных компонентов должны быть проведены дополнительные металлографические исследования, испытания на растяжение и испытание на разрыв. Измерьте сварочную деформацию и при необходимости выполните коррекцию.

 

 

Ruihang, как прямой производитель титановой продукции, поставляет сырье оптимального качества для производства прецизионных компонентов. Если у вас есть какие-либо потребности в покупке прутков/пластинов из титанового сплава, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте:Sam.Rui@bjrh-titanium.com