Soldadura de superaliatges

Soldadura de superaliatges

(1) Els superaliatges de característiques de soldadura 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 de base de níquel és el més utilitzat en la producció pràctica.

El superaliatge conté més Cr i la pel·lícula d'òxid de Cr2O3 que és difícil d'eliminar es forma a la superfície durant l'escalfament.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 borax 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 fos amb alts continguts 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 amb solució i reforçats per precipitació, la temperatura de soldadura ha de ser coherent amb la temperatura d'escalfament del tractament de la 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 de metall base creixerà i les propietats del material no es restauraran fins i tot després del tractament tèrmic.La temperatura de solució sòlida dels aliatges de base fosa és alta, cosa que generalment no afectarà les propietats del material a causa de la temperatura de soldadura massa alta.

Alguns superaliatges de base de níquel, especialment els aliatges reforçats per precipitació, tenen tendència a esquerdes per tensió.Abans de la soldadura, la tensió formada en el procés s'ha d'eliminar completament i la tensió tèrmica s'ha de minimitzar durant la soldadura.

(2) L'aliatge de base de níquel del material de soldadura es pot soldar amb base de plata, coure pur, base de níquel i soldadura activa.Quan la temperatura de treball de la junta no és alta, es poden utilitzar materials a base de plata.Hi ha molts tipus de soldadures a base de plata.Per reduir l'estrès intern durant l'escalfament de la soldadura, el millor és triar la soldadura amb baixa temperatura de fusió.El flux Fb101 es pot utilitzar per a la soldadura amb metall de farciment base de plata.El flux Fb102 s'utilitza per soldar un superaliatge reforçat per precipitació amb el contingut d'alumini més alt i s'afegeix un 10% ~ 20% de silicat de sodi o flux d'alumini (com ara fb201).Quan la temperatura de soldadura supera els 900 ℃, s'ha de seleccionar el flux fb105.

Quan es solda al buit o en una atmosfera protectora, el coure pur es pot utilitzar com a metall de farciment de soldadura.La temperatura de soldadura és de 1100 ~ 1150 ℃ i la junta no produirà esquerdes per tensió, però la temperatura de treball no ha de superar els 400 ℃.

El metall de farciment de soldadura amb base de níquel és el metall de farciment de soldadura més utilitzat en Superalliages a causa del seu bon rendiment a alta temperatura i sense esquerdes per tensió durant la soldadura.Els principals elements d'aliatge de la soldadura amb base de níquel són Cr, Si, B, i una petita quantitat de soldadura també conté Fe, W, etc. En comparació amb ni-cr-si-b, el metall de farciment de 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 de soldadura per soldar peces de treball a alta temperatura i pales de turbina.Tanmateix, la fluïdesa de la soldadura que conté W empitjora i la bretxa de la junta és difícil de controlar.

El metall de farciment de soldadura per difusió activa no conté element Si i té una excel·lent resistència a l'oxidació i resistència a la vulcanització.La temperatura de soldadura es pot seleccionar entre 1150 ℃ i 1218 ℃ segons el tipus de soldadura.Després de la soldadura, la junta soldada amb les mateixes propietats que el metall base es pot obtenir després d'un tractament de difusió de 1066 ℃.

(3) L'aliatge de base de níquel del procés de soldadura pot adoptar la soldadura en un forn d'atmosfera protectora, soldadura al buit i connexió de fase líquida transitòria.Abans de la soldadura, s'ha de desgreixar la superfície i eliminar l'òxid mitjançant el poliment de paper de vidre, poliment de rodes de feltre, fregat amb acetona i neteja química.En seleccionar els paràmetres del procés de soldadura, cal tenir en compte que la temperatura d'escalfament no ha de ser massa alta i el temps de soldadura ha de ser curt per evitar una reacció química forta entre el flux i el metall base.Per evitar que el metall base s'esquerde, les peces processades en fred s'han d'alleujar l'estrès abans de soldar 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 soldaran a una temperatura lleugerament superior al tractament de reforç de l'envelliment i, finalment, al tractament d'envelliment.

1) La soldadura en un forn d'atmosfera protectora La soldadura en un forn d'atmosfera protectora requereix una gran puresa de gas de protecció.Per als superaliatges amb w (AL) i w (TI) inferiors 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.S'han de prendre les mesures següents;Afegiu una petita quantitat de flux (com ara fb105) i traieu la pel·lícula d'òxid amb flux;Un recobriment de 0,025 ~ 0,038 mm de gruix està xapat a la superfície de les peces;Ruixeu la soldadura a la superfície del material a soldar amb antelació;Afegiu una petita quantitat de flux de gas, com ara trifluorur de bor.

2) 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 juntes típiques de superaliatge a base de níquel.Per als superaliatges amb w (AL) i w (TI) inferior 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 serà de 0,020,03 mm.El recobriment massa prim no té cap efecte protector i el recobriment massa gruixut reduirà la resistència de l'articulació.Les peces a 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, Zr absorbeix gas a alta temperatura, 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 juntes soldades al buit de superaliatges típics de base de níquel

La microestructura i la resistència de la junta soldada de Superalloy canvien amb la bretxa de soldadura, i el tractament de difusió després de la soldadura augmentarà encara més el valor màxim permès de la bretxa de la junta.Prenent com a exemple l'aliatge Inconel, el buit màxim de l'articulació Inconel soldada amb b-ni82crsib pot arribar als 90um després del tractament de difusió a 1000 ℃ durant 1H;Tanmateix, per a les juntes soldades amb b-ni71crsib, el buit màxim és d'uns 50um després del tractament de difusió a 1000 ℃ durant 1H.

3) Connexió de fase líquida transitòria La connexió de fase líquida transitòria utilitza l'aliatge entre capes (uns 2,5 ~ 100um de gruix) el punt de fusió del qual és més baix que el metall base com a metall de farciment.Sota una petita pressió (0 ~ 0,007mpa) i una temperatura adequada (1100 ~ 1250 ℃), el material de la capa intercalada primer es fon i humiteja el metall base.A causa de la ràpida difusió dels elements, la solidificació isotèrmica es produeix a l'articulació per formar l'articulació.Aquest mètode redueix molt els requisits d'adaptació de la superfície del metall base i redueix la pressió de soldadura.Els paràmetres principals de la connexió en fase líquida transitòria són la pressió, la temperatura, el temps de retenció i la composició de la capa intermedia.Aplicar 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 l'articulació.Si la junta ha de ser tan forta com el metall base i no afecta el rendiment del metall base, els paràmetres del procés de connexió d'alta temperatura (com ara ≥ 1150 ℃) i llarg temps (com ara 8 ~ 24 h) seran adoptat;Si la qualitat de connexió de la unió es redueix o el metall base no pot suportar altes temperatures, s'utilitzarà una temperatura més baixa (1100 ~ 1150 ℃) i un temps més curt (1 ~ 8 h).La capa intermèdia prendrà la composició de metall base connectada com a composició bàsica i afegirà diferents elements de refrigeració, com ara B, Si, Mn, Nb, etc. Per exemple, la composició de l'aliatge Udimet és ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, i la composició de la capa intermèdia per a la connexió de fase líquida transitòria és b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Tots aquests elements poden reduir la temperatura de fusió dels aliatges de Ni Cr o Ni Cr Co al mínim, però l'efecte de B és el més evident.A més, l'alta velocitat de difusió de B pot homogeneïtzar ràpidament l'aliatge entre capes i el metall base.