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GH4169波纹管组件的电子束焊接.pdf

GH4169波纹管组件的电子束焊接

xuan
2012-06-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《GH4169波纹管组件的电子束焊接pdf》,可适用于工程科技领域

GH波纹管组件的电子束焊接首都航天机械公司(北京市)  谢美蓉 张益坤  为满足某型号发动机性能提高的要求,发动机活门系统的波纹管普遍采用了具有较高力学性能和抗氧化、抗腐蚀性能的GH高温合金材料。由于GH波纹管本身的热处理状态有差异,与波纹管配焊零件的材料也不同,用电子束进行首次异种金属波纹管组件(CrNiTi底座与GH波纹管)焊接时出现了裂纹。通过初步分析,得出焊接裂纹的产生与被焊零件的材料和热处理状态有密切关系。据此,决定进行不同材料和热处理状态组合的焊接试验,以确定GH波纹管的焊接工艺。 GH材料的焊接性分析GH是一种时效强化镍基合金。这类合金是在固溶合金基础上,通过填加较多的铝、钛、铌等元素而发展成的。这些元素除强化固溶体外,还与镍结合形成共格稳定、成分复杂的金属间化合物,同时铝、铜、硼元素与碳形成各种碳化物使合金的热强性大大提高。高温合金GH化学成分见表。但是应当指表 GH化学成分()成分CCrNiSiTiSPFeMoNbCuAlCoMn含量≤~~≤~≤≤余量~~≤~≤≤出,随着铝、钛、铌等元素含量提高,合金的焊接性有可能变差。因此高温合金的焊接性和焊接工艺对其广泛应用是非常重要的。 不同工艺制度下的焊接试验结果与分析在初步总结异种金属CrNiTi与GH电子束焊接出现裂纹的基础上,进行了四种工艺制度的系统焊接试验。GH波纹管组件的结构见图。图 GH波纹管组件示意图 CrNiTi底座与时效或固溶状态GH波纹管的焊接此两种焊接状态是根据原图纸设计要求(异种金属焊接)确定的,目的是更准确分析焊接裂纹的产生与焊接材料和GH波纹管热处理状态的关系。波纹管组件焊接后进行气密检查,发现严重泄漏,在波纹管一侧的焊缝熔合线附近产生了大量漏点,有的几乎是整圈泄漏,补焊不能消除。截取裂纹沿纵向掰开,电镜下观察断口,大部分地区呈现出圆滑的沿枝晶液膜分离的树枝晶形貌,某些地方尚可看到两枝晶液膜在凝固后期因受到拘束力作用而断开的“尖峰”和皱褶。同时,断口上也可见分散分布的氧化物颗粒。经金相检查,焊缝存在区域成分偏析,尤其在焊趾附近,显微组织及成分不均,裂纹的形成是由于树枝晶在凝固结晶末期,在固相线附近,沿晶间残存液膜开裂而产生的。这两种工艺制度为异种金属焊接,由于两种金属的物理、化学性质各不相同,焊接中容易出现问题,此焊缝组织为单相奥氏体组织,抗裂性能较差,较大的焊接热应力将在焊缝内产生较大的拉伸应变,使枝晶与枝晶间的残存液膜分离,焊缝边沿(焊趾处)具有最大的拉应力,导致焊趾处开裂泄漏。 时效状态GH底座与时效状态GH波纹管的焊接采用同种金属焊接,避免异种金属焊接的复杂性。由于该发动机工作压力的提高,要求GH波纹管必须在高强度时效状态使用,此焊接状态即保证波纹管最后的使用为时效状态。波纹管组件焊接后气密检查焊缝焊趾处有少量点状泄漏,补焊不能根除。波纹管配车后紧贴合在底座上,用铜制大厚度焊接夹具压紧,时效状态的波纹管具焊接 ()©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet有高硬度(也可以是波纹管成型时冷作硬化的高硬度),这样,就增大了焊件的拘束度,焊接中焊件不能自由变形。检测得到焊缝及热影响区的强度约为MPa,而波纹管基材时效强度约为MPa。较大的焊接热应力将在焊缝内产生较大的拉伸应变,焊缝金属在凝固过程中热影响区承受较大的拉应力,较薄的波纹管有可能在此处(焊趾)开裂。该工艺制度虽为同种金属焊接,但高温合金对冷作硬化敏感,波纹管成型时的冷变形使材料的硬度和强度提高,塑性下降,合金GH时效处理后亦是如此,较大的焊件拘束度、不等强焊缝和焊缝内杂质的影响,使处于薄弱处的焊缝热影响区(焊趾)抵抗不住较大的拉应力而开裂。 固溶状态GH底座与固溶状态GH波纹管的焊接固溶软化的GH底座与固溶软化的GH波纹管进行电子束焊接,然后整体时效。保证波纹管最后为时效状态。波纹管组件焊接后荧光、气密、高内压检查均顺利通过。金相检查未见任何裂纹,焊缝及焊趾显微组织较均匀,时效后检测得到焊缝及基体材料几乎具有相同的强度,达到MPa,无明显薄弱点。同时时效处理时的长时间加热,也大大消降了焊接残余应力,提高了波纹管抗疲劳能力。这对于耐受高内压工作的波纹管是非常有效的。该工艺制度采用了多数资料推荐的GH材料在固溶状态下焊接,焊接在材料固溶软化状态下进行,焊接拘束力小,增加材料的塑性和韧性,焊缝所受应力小,不易开裂。焊后波纹管组件整体时效消降了焊接残余应力,也减少了焊接残余应力产生裂纹的可能。 焊接工艺的确定根据以上试验分析,确定如下工艺制度。从零件的材料上讲,采用同种金属焊接,避免异种金属焊接的复杂性。从零件的物理状态上讲,应尽量减小待焊件的拘束度,减少冷作硬化和时效处理后的高硬度对高温合金的影响,减小金属凝固过程中焊缝承受的拉伸应变,提高材料的抗裂能力。故波纹管与相配零件均应采用固溶状态的GH材料,然后整体时效,使波纹管达到使用强度,同时,消除焊接残余应力。从焊接工艺角度,采用合适焊接参数,使焊缝成形为倒三角形,避免出现钉子形焊缝,有利于改善枝晶生长的形态、位向,减少枝晶间偏析。焊前彻底清理待焊件表面是获得优质焊接接头的措施之一,对高温合金制件尤为重要。对于波纹管应采用超声波清洗,并确保波纹管成型前管坯无污染,层内无杂质,减少其可能带来的隐患。(收稿日期   )作者简介: 谢美蓉,年生,工程师,硕士。双腹板H型钢的焊接山东鲁抗医药集团有限公司安装公司(济宁市 )  王开富 林 森 董建党  我公司年承接的鲁抗医药集团有限公司千图吨青霉素工程的供热管网项目中用到大量双腹板焊接H型钢,其结构形式如图所示,长度(L)为~m,材质为QB,总量余吨。为了节约建设资金,公司决定自制全部型钢。在没有专用工装设备的条件下,为了达到施工技术要求,我们制定并严格执行了一系列工艺措施,利用自制简易工装结构,把焊接型钢的挠曲变形控制在千分之一以内(△L≤‰L),且无明显的扭曲变形和翼板角变形。经检测,不需焊后矫正,即能达到设计要求。 下  料采用半自动双头火焰切割机,每遇到板边切下mm的板条,以保证板料双侧同时受热,避免弯曲腹板开坡口时,把火焰切割机的两个切割头调整适当角度,同时开出腹板两侧的坡口。拼接的板料如果有变焊接 ()©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet

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