Soldadura de superaliatges
(1) Les característiques de soldadura dels superaliatges es poden dividir en tres categories: base de níquel, base de ferro i base de cobalt. Tenen bones propietats mecàniques, resistència a l'oxidació i resistència a la corrosió a altes temperatures. L'aliatge a base de níquel és el més utilitzat en la producció pràctica.
El superaliatge conté més Cr, i durant l'escalfament es forma una pel·lícula d'òxid de Cr2O3 a la superfície, que és difícil d'eliminar. Els superaliatges de base de níquel contenen Al i Ti, que són fàcils d'oxidar quan s'escalfen. Per tant, prevenir o reduir l'oxidació dels superaliatges durant l'escalfament i eliminar la pel·lícula d'òxid és el principal problema durant la soldadura. Com que el bòrax o l'àcid bòric del flux poden causar corrosió del metall base a la temperatura de soldadura, el bor precipitat després de la reacció pot penetrar al metall base, donant lloc a una infiltració intergranular. Per als aliatges de base de níquel fosos amb un alt contingut d'Al i Ti, el grau de buit en estat calent no ha de ser inferior a 10-2 ~ 10-3pa durant la soldadura per evitar l'oxidació a la superfície de l'aliatge durant l'escalfament.
Per als aliatges de base de níquel reforçats per solució i per precipitació, la temperatura de soldadura ha de ser coherent amb la temperatura d'escalfament del tractament de solució per garantir la dissolució completa dels elements d'aliatge. La temperatura de soldadura és massa baixa i els elements d'aliatge no es poden dissoldre completament; si la temperatura de soldadura és massa alta, el gra del metall base creixerà i les propietats del material no es restauraran ni tan sols després del tractament tèrmic. La temperatura de solució sòlida dels aliatges de base fosos és alta, cosa que generalment no afectarà les propietats del material a causa d'una temperatura de soldadura massa alta.
Alguns superaliatges a base de níquel, especialment els aliatges reforçats per precipitació, tenen tendència a patir esquerdes per tensió. Abans de la soldadura, cal eliminar completament la tensió formada durant el procés i minimitzar la tensió tèrmica durant la soldadura.
(2) El material de soldadura d'aliatge a base de níquel es pot soldar amb base de plata, coure pur, base de níquel i soldadura activa. Quan la temperatura de treball de la unió no és alta, es poden utilitzar materials a base de plata. Hi ha molts tipus de soldadures a base de plata. Per reduir la tensió interna durant l'escalfament de la soldadura, és millor triar la soldadura amb baixa temperatura de fusió. El flux Fb101 es pot utilitzar per a la soldadura amb metall d'aportació a base de plata. El flux Fb102 s'utilitza per a la soldadura de superaliatges reforçats per precipitació amb el contingut d'alumini més alt, i s'hi afegeix un 10% ~ 20% de silicat de sodi o flux d'alumini (com ara fb201). Quan la temperatura de soldadura superi els 900 ℃, s'ha de seleccionar el flux fb105.
Quan es solda en buit o en atmosfera protectora, es pot utilitzar coure pur com a metall d'aportació de soldadura. La temperatura de soldadura és de 1100 ~ 1150 ℃, i la unió no produirà esquerdes per tensió, però la temperatura de treball no ha de superar els 400 ℃.
El metall d'aportació per a soldadura a base de níquel és el metall d'aportació més utilitzat en superaliatges a causa del seu bon rendiment a altes temperatures i l'absència d'esquerdes per tensió durant la soldadura. Els principals elements d'aliatge en la soldadura a base de níquel són Cr, Si, B, i una petita quantitat de soldadura també conté Fe, W, etc. En comparació amb el ni-cr-si-b, el metall d'aportació per a soldadura b-ni68crwb pot reduir la infiltració intergranular de B al metall base i augmentar l'interval de temperatura de fusió. És un metall d'aportació per a soldadura de peces de treball a alta temperatura i pales de turbina. Tanmateix, la fluïdesa de la soldadura que conté W empitjora i el buit de la unió és difícil de controlar.
El metall d'aportació de soldadura per difusió activa no conté element Si i té una excel·lent resistència a l'oxidació i a la vulcanització. La temperatura de soldadura es pot seleccionar entre 1150 ℃ i 1218 ℃ segons el tipus de soldadura. Després de la soldadura, es pot obtenir una unió soldada amb les mateixes propietats que el metall base després d'un tractament de difusió a 1066 ℃.
(3) El procés de soldadura de l'aliatge de base de níquel pot adoptar soldadura en forn d'atmosfera protectora, soldadura al buit i connexió en fase líquida transitòria. Abans de la soldadura, la superfície s'ha de desengreixar i l'òxid s'ha d'eliminar mitjançant polit amb paper de vidre, polit amb roda de feltre, fregat amb acetona i neteja química. A l'hora de seleccionar els paràmetres del procés de soldadura, cal tenir en compte que la temperatura d'escalfament no ha de ser massa alta i que el temps de soldadura ha de ser curt per evitar una forta reacció química entre el flux i el metall base. Per evitar que el metall base s'esquerdi, les peces processades en fred s'han d'alleujar la tensió abans de la soldadura i l'escalfament de la soldadura ha de ser el més uniforme possible. Per als superaliatges reforçats per precipitació, les peces s'han de sotmetre primer a un tractament de solució sòlida, després es solden a una temperatura lleugerament superior al tractament d'enfortiment de l'envelliment i finalment a un tractament d'envelliment.
1) Soldadura en forn d'atmosfera protectora La soldadura en forn d'atmosfera protectora requereix una alta puresa del gas de protecció. Per a superaliatges amb w (AL) i w (TI) inferior al 0,5%, el punt de rosada ha de ser inferior a -54 ℃ quan s'utilitza hidrogen o argó. Quan el contingut d'Al i Ti augmenta, la superfície de l'aliatge encara s'oxida quan s'escalfa. Cal prendre les mesures següents: afegir una petita quantitat de flux (com ara fb105) i eliminar la pel·lícula d'òxid amb flux; aplicar un recobriment de 0,025 ~ 0,038 mm de gruix a la superfície de les peces; polvoritzar la soldadura a la superfície del material a soldar prèviament; afegir una petita quantitat de flux de gas, com ara trifluorur de bor.
2) Soldadura al buit La soldadura al buit s'utilitza àmpliament per obtenir un millor efecte de protecció i qualitat de soldadura. Vegeu la taula 15 per a les propietats mecàniques de les unions típiques de superaliatges a base de níquel. Per a superaliatges amb w (AL) i w (TI) inferiors al 4%, és millor galvanitzar una capa de níquel de 0,01 ~ 0,015 mm a la superfície, tot i que la humectació de la soldadura es pot assegurar sense un pretractament especial. Quan w (AL) i w (TI) superen el 4%, el gruix del recobriment de níquel ha de ser de 0,020,03 mm. Un recobriment massa prim no té cap efecte protector i un recobriment massa gruixut reduirà la resistència de la unió. Les peces que s'han de soldar també es poden col·locar a la caixa per a la soldadura al buit. La caixa s'ha d'omplir amb getter. Per exemple, el Zr absorbeix gas a alta temperatura, cosa que pot formar un buit local a la caixa, evitant així l'oxidació de la superfície de l'aliatge.
Taula 15, propietats mecàniques de les unions soldades al buit de superaliatges típics a base de níquel
La microestructura i la resistència de la unió soldada de superaliatge canvien amb el buit de soldadura, i el tractament de difusió després de la soldadura augmentarà encara més el valor màxim permès del buit de la unió. Prenent l'aliatge Inconel com a exemple, el buit màxim de la unió Inconel soldada amb b-ni82crsib pot arribar als 90 um després del tractament de difusió a 1000 ℃ durant 1H; Tanmateix, per a les unions soldades amb b-ni71crsib, el buit màxim és d'uns 50 um després del tractament de difusió a 1000 ℃ durant 1H.
3) Connexió de fase líquida transitòria La connexió de fase líquida transitòria utilitza l'aliatge intercapa (d'uns 2,5 ~ 100 µm de gruix) el punt de fusió del qual és inferior al del metall base com a metall d'aportació. Sota una petita pressió (0 ~ 0,007 mpa) i una temperatura adequada (1100 ~ 1250 ℃), el material intercapa primer fon i humiteja el metall base. A causa de la ràpida difusió dels elements, es produeix una solidificació isotèrmica a la unió per formar la unió. Aquest mètode redueix considerablement els requisits d'acoblament de la superfície del metall base i redueix la pressió de soldadura. Els principals paràmetres de la connexió de fase líquida transitòria són la pressió, la temperatura, el temps de retenció i la composició de la capa intercapa. Apliqueu menys pressió per mantenir la superfície d'acoblament de la soldadura en bon contacte. La temperatura i el temps d'escalfament tenen un gran impacte en el rendiment de la unió. Si es requereix que la unió sigui tan resistent com el metall base i no afecti el rendiment del metall base, s'han d'adoptar els paràmetres del procés de connexió d'alta temperatura (com ara ≥ 1150 ℃) i llarga durada (com ara 8 ~ 24 h); si la qualitat de la connexió de la unió es redueix o el metall base no pot suportar altes temperatures, s'ha d'utilitzar una temperatura més baixa (1100 ~ 1150 ℃) i un temps més curt (1 ~ 8 h). La capa intermèdia ha de prendre la composició del metall base connectat com a composició bàsica i afegir diferents elements de refrigeració, com ara B, Si, Mn, Nb, etc. Per exemple, la composició de l'aliatge Udimet és ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, i la composició de la capa intermèdia per a la connexió en fase líquida transitòria és b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Tots aquests elements poden reduir la temperatura de fusió dels aliatges de NiCr o NiCrCo al mínim, però l'efecte de B és el més evident. A més, l'alta taxa de difusió de B pot homogeneïtzar ràpidament l'aliatge intercapa i el metall base.
Data de publicació: 13 de juny de 2022