Συγκόλληση υπερκραμάτων

Συγκόλληση υπερκραμάτων

(1) Χαρακτηριστικά συγκόλλησης Τα υπερκράματα μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: βάση νικελίου, βάση σιδήρου και βάση κοβαλτίου.Έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες, αντοχή στην οξείδωση και αντοχή στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες.Το κράμα βάσης νικελίου είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο στην πρακτική παραγωγή.

Το υπερκράμα περιέχει περισσότερο Cr και το φιλμ οξειδίου Cr2O3 που είναι δύσκολο να αφαιρεθεί σχηματίζεται στην επιφάνεια κατά τη θέρμανση.Τα υπερκράματα βάσης νικελίου περιέχουν Al και Ti, τα οποία οξειδώνονται εύκολα όταν θερμαίνονται.Επομένως, η πρόληψη ή η μείωση της οξείδωσης των υπερκραμάτων κατά τη θέρμανση και η αφαίρεση του φιλμ οξειδίου είναι το κύριο πρόβλημα κατά τη συγκόλληση.Καθώς ο βόρακας ή το βορικό οξύ στη ροή μπορεί να προκαλέσει διάβρωση του βασικού μετάλλου στη θερμοκρασία συγκόλλησης, το βόριο που κατακρημνίζεται μετά την αντίδραση μπορεί να διεισδύσει στο βασικό μέταλλο, με αποτέλεσμα τη διακοκκώδη διήθηση.Για κράματα χυτού νικελίου με υψηλή περιεκτικότητα σε Al και Ti, ο βαθμός κενού σε θερμή κατάσταση δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 10-2 ~ 10-3pa κατά τη συγκόλληση για να αποφευχθεί η οξείδωση στην επιφάνεια του κράματος κατά τη θέρμανση.

Για κράματα βάσης νικελίου ενισχυμένα με διάλυμα και ενισχυμένα με καθίζηση, η θερμοκρασία συγκόλλησης θα πρέπει να είναι συνεπής με τη θερμοκρασία θέρμανσης της επεξεργασίας διαλύματος για να διασφαλιστεί η πλήρης διάλυση των στοιχείων κράματος.Η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι πολύ χαμηλή και τα στοιχεία του κράματος δεν μπορούν να διαλυθούν πλήρως.Εάν η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι πολύ υψηλή, οι κόκκοι του βασικού μετάλλου θα μεγαλώσουν και οι ιδιότητες του υλικού δεν θα αποκατασταθούν ακόμη και μετά τη θερμική επεξεργασία.Η θερμοκρασία στερεού διαλύματος των κραμάτων χυτής βάσης είναι υψηλή, κάτι που γενικά δεν επηρεάζει τις ιδιότητες του υλικού λόγω της πολύ υψηλής θερμοκρασίας συγκόλλησης.

Ορισμένα υπερκράματα με βάση το νικέλιο, ειδικά τα ενισχυμένα με κατακρήμνιση κράματα, έχουν την τάση ρωγμάτωσης λόγω τάσης.Πριν από τη συγκόλληση, η τάση που σχηματίζεται στη διαδικασία πρέπει να αφαιρεθεί πλήρως και η θερμική τάση θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί κατά τη συγκόλληση.

(2) Το κράμα βάσης νικελίου υλικού συγκόλλησης μπορεί να συγκολληθεί με βάση ασήμι, καθαρό χαλκό, βάση νικελίου και ενεργή συγκόλληση.Όταν η θερμοκρασία εργασίας του αρμού δεν είναι υψηλή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν υλικά με βάση το ασήμι.Υπάρχουν πολλά είδη κολλήσεων με βάση το ασήμι.Προκειμένου να μειωθεί η εσωτερική καταπόνηση κατά τη θέρμανση της συγκόλλησης, είναι καλύτερο να επιλέξετε τη συγκόλληση με χαμηλή θερμοκρασία τήξης.Το Fb101 flux μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συγκόλληση με μέταλλο πλήρωσης βάσης από ασήμι.Το Fb102 flux χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση ενισχυμένο με κατακρήμνιση υπερκράμα με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλουμίνιο και προστίθεται 10% ~ 20% πυριτικό νάτριο ή ροή αλουμινίου (όπως fb201).Όταν η θερμοκρασία συγκόλλησης υπερβεί τους 900 ℃, επιλέγεται η ροή fb105.

Κατά τη συγκόλληση σε κενό ή προστατευτική ατμόσφαιρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί καθαρός χαλκός ως πληρωτικό μέταλλο.Η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι 1100 ~ 1150 ℃ και η άρθρωση δεν θα προκαλέσει ρωγμές πίεσης, αλλά η θερμοκρασία εργασίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 400 ℃.

Το μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης βάσης νικελίου είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης στα υπερκράματα λόγω της καλής του απόδοσης σε υψηλές θερμοκρασίες και χωρίς ρωγμές κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.Τα κύρια στοιχεία κράματος στη συγκόλληση βάσης νικελίου είναι τα Cr, Si, B και μια μικρή ποσότητα συγκόλλησης περιέχει επίσης Fe, W, κ.λπ. B στο βασικό μέταλλο και αυξήστε το διάστημα θερμοκρασίας τήξης.Είναι ένα μέταλλο πλήρωσης συγκόλλησης για τη συγκόλληση εξαρτημάτων εργασίας σε υψηλή θερμοκρασία και πτερυγίων στροβίλου.Ωστόσο, η ρευστότητα της συγκόλλησης που περιέχει W γίνεται χειρότερη και το διάκενο της άρθρωσης είναι δύσκολο να ελεγχθεί.

Το μέταλλο πλήρωσης μπρούτζωσης με ενεργή διάχυση δεν περιέχει στοιχείο Si και έχει εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση και αντοχή στο βουλκανισμό.Η θερμοκρασία συγκόλλησης μπορεί να επιλεγεί από 1150 ℃ έως 1218 ℃ ανάλογα με τον τύπο συγκόλλησης.Μετά τη συγκόλληση, ο συγκολλημένος σύνδεσμος με τις ίδιες ιδιότητες με το βασικό μέταλλο μπορεί να ληφθεί μετά από επεξεργασία διάχυσης 1066 ℃.

(3) Το κράμα βάσης νικελίου διαδικασίας συγκόλλησης μπορεί να υιοθετήσει συγκόλληση σε κλίβανο προστατευτικής ατμόσφαιρας, συγκόλληση κενού και σύνδεση παροδικής υγρής φάσης.Πριν από τη συγκόλληση, η επιφάνεια πρέπει να απολιπανθεί και να αφαιρεθούν τα οξείδια με γυαλόχαρτο, γυάλισμα τροχού από τσόχα, τρίψιμο με ακετόνη και χημικό καθαρισμό.Κατά την επιλογή των παραμέτρων της διαδικασίας συγκόλλησης, πρέπει να σημειωθεί ότι η θερμοκρασία θέρμανσης δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή και ο χρόνος συγκόλλησης θα πρέπει να είναι σύντομος για να αποφευχθεί η έντονη χημική αντίδραση μεταξύ της ροής και του βασικού μετάλλου.Προκειμένου να αποφευχθεί η ρωγμή του βασικού μετάλλου, τα μέρη που έχουν υποστεί επεξεργασία ψυχρής πρέπει να εκτονώνονται από την τάση πριν από τη συγκόλληση και η θέρμανση της συγκόλλησης πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ομοιόμορφη.Για υπερκράματα ενισχυμένα με κατακρήμνιση, τα μέρη θα υποβληθούν πρώτα σε επεξεργασία στερεού διαλύματος, στη συνέχεια στη συγκόλληση σε θερμοκρασία ελαφρώς υψηλότερη από την επεξεργασία ενίσχυσης γήρανσης και, τέλος, σε επεξεργασία γήρανσης.

1) Συγκόλληση σε κλίβανο προστατευτικής ατμόσφαιρας Η συγκόλληση σε κλίβανο προστατευτικής ατμόσφαιρας απαιτεί υψηλή καθαρότητα προστατευτικού αερίου.Για υπερκράματα με w (AL) και w (TI) μικρότερο από 0,5%, το σημείο δρόσου θα είναι χαμηλότερο από -54 ℃ όταν χρησιμοποιείται υδρογόνο ή αργό.Όταν η περιεκτικότητα σε Al και Ti αυξάνεται, η επιφάνεια του κράματος εξακολουθεί να οξειδώνεται όταν θερμαίνεται.Πρέπει να ληφθούν τα ακόλουθα μέτρα.Προσθέστε μια μικρή ποσότητα ροής (όπως fb105) και αφαιρέστε το φιλμ οξειδίου με ροή.Στην επιφάνεια των εξαρτημάτων επιστρώνεται επίστρωση πάχους 0,025 ~ 0,038 mm.Ψεκάστε τη συγκόλληση στην επιφάνεια του υλικού που πρόκειται να συγκολληθεί εκ των προτέρων.Προσθέστε μια μικρή ποσότητα αερίου ροής, όπως τριφθοριούχο βόριο.

2) Η συγκόλληση με κενό αέρος χρησιμοποιείται ευρέως για την επίτευξη καλύτερης προστασίας και ποιότητας συγκόλλησης.Δείτε τον πίνακα 15 για τις μηχανικές ιδιότητες των τυπικών αρμών υπερκράματος βάσης νικελίου.Για υπερκράματα με w (AL) και w (TI) λιγότερο από 4%, είναι προτιμότερο να επιμεταλλωθεί μια στρώση νικελίου 0,01 ~ 0,015 mm στην επιφάνεια, αν και η διαβροχή της συγκόλλησης μπορεί να διασφαλιστεί χωρίς ειδική προεπεξεργασία.Όταν τα w (AL) και w (TI) υπερβαίνουν το 4%, το πάχος της επικάλυψης νικελίου θα είναι 0,020,03 mm.Η πολύ λεπτή επίστρωση δεν έχει προστατευτική επίδραση και η πολύ παχιά επίστρωση θα μειώσει την αντοχή της άρθρωσης.Τα προς συγκόλληση μέρη μπορούν επίσης να τοποθετηθούν στο κουτί για συγκόλληση υπό κενό.Το κουτί θα πρέπει να γεμίσει με λαβή.Για παράδειγμα, το Zr απορροφά αέριο σε υψηλή θερμοκρασία, το οποίο μπορεί να δημιουργήσει ένα τοπικό κενό στο κουτί, αποτρέποντας έτσι την οξείδωση της επιφάνειας του κράματος.

Πίνακας 15 μηχανικές ιδιότητες συγκολλήσεων εν κενώ από τυπικά υπερκράματα βάσης νικελίου

Η μικροδομή και η αντοχή του συγκολλημένου αρμού του Superalloy αλλάζουν με το διάκενο συγκόλλησης και η επεξεργασία διάχυσης μετά τη συγκόλληση θα αυξήσει περαιτέρω τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή του διακένου αρμού.Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το κράμα Inconel, το μέγιστο κενό της άρθρωσης Inconel που έχει συγκολληθεί με b-ni82crsib μπορεί να φτάσει τα 90um μετά από επεξεργασία διάχυσης στους 1000 ℃ για 1H.Ωστόσο, για τις αρθρώσεις που έχουν συγκολληθεί με b-ni71crsib, το μέγιστο κενό είναι περίπου 50um μετά την επεξεργασία διάχυσης στους 1000 ℃ για 1H.

3) Σύνδεση μεταβατικής υγρής φάσης Η σύνδεση παροδικής υγρής φάσης χρησιμοποιεί το ενδιάμεσο κράμα (πάχους περίπου 2,5 ~ 100um) του οποίου το σημείο τήξης είναι χαμηλότερο από το βασικό μέταλλο ως μέταλλο πλήρωσης.Κάτω από μια μικρή πίεση (0 ~ 0,007mpa) και μια κατάλληλη θερμοκρασία (1100 ~ 1250 ℃), το ενδιάμεσο υλικό λιώνει πρώτα και υγραίνει το βασικό μέταλλο.Λόγω της ταχείας διάχυσης των στοιχείων, συμβαίνει ισοθερμική στερεοποίηση στην άρθρωση για να σχηματιστεί η άρθρωση.Αυτή η μέθοδος μειώνει σημαντικά τις απαιτήσεις αντιστοίχισης της επιφάνειας του βασικού μετάλλου και μειώνει την πίεση συγκόλλησης.Οι κύριες παράμετροι της σύνδεσης παροδικής υγρής φάσης είναι η πίεση, η θερμοκρασία, ο χρόνος συγκράτησης και η σύνθεση του ενδιάμεσου στρώματος.Εφαρμόστε λιγότερη πίεση για να διατηρήσετε την επιφάνεια ζευγαρώματος της συγκόλλησης σε καλή επαφή.Η θερμοκρασία και ο χρόνος θέρμανσης έχουν μεγάλη επίδραση στην απόδοση της άρθρωσης.Εάν ο σύνδεσμος απαιτείται να είναι τόσο ισχυρός όσο το βασικό μέταλλο και δεν επηρεάζει την απόδοση του βασικού μετάλλου, οι παράμετροι της διαδικασίας σύνδεσης υψηλής θερμοκρασίας (όπως ≥ 1150 ℃) και μεγάλου χρόνου (όπως 8 ~ 24 ώρες) θα πρέπει να είναι θετός;Εάν η ποιότητα σύνδεσης του συνδέσμου είναι μειωμένη ή το βασικό μέταλλο δεν μπορεί να αντέξει υψηλή θερμοκρασία, θα χρησιμοποιηθεί χαμηλότερη θερμοκρασία (1100 ~ 1150 ℃) και μικρότερος χρόνος (1 ~ 8 ώρες).Το ενδιάμεσο στρώμα θα λάβει τη συνδεδεμένη σύνθεση βασικού μετάλλου ως βασική σύνθεση και θα προσθέσει διαφορετικά στοιχεία ψύξης, όπως B, Si, Mn, Nb, κ.λπ. Για παράδειγμα, η σύνθεση του κράματος Udimet είναι ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, και η σύνθεση του ενδιάμεσου στρώματος για τη σύνδεση παροδικής υγρής φάσης είναι b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Όλα αυτά τα στοιχεία μπορούν να μειώσουν τη θερμοκρασία τήξης των κραμάτων Ni Cr ή Ni Cr Co στο χαμηλότερο, αλλά η επίδραση του Β είναι η πιο προφανής.Επιπλέον, ο υψηλός ρυθμός διάχυσης του Β μπορεί να ομογενοποιήσει γρήγορα το κράμα ενδιάμεσης στιβάδας και το βασικό μέταλλο.