[发明专利]一种高温合金薄壁件裂纹真空钎焊修复方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术，涉及对高温合金薄壁件裂纹焊接修复的改进。

背景技术

航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片等热端部件通常采用高温力学性能和高温抗氧化、抗腐蚀性能优异的镍基、钴基合金制造，并采用复杂型面和冷却结构设计。但是恶劣的工作环境还是经常导致这些高温合金部件在使用过程中产生裂纹缺陷。由于新件制造工艺复杂，生产成本高，因此对受损部件进行修复具有非常高的经济价值。然而，由于缺乏适合的修理方法，目前许多高温合金部件裂纹一旦超过允许使用标准就只能报废处理。

采用焊接方法修复高温合金部件是可行的途径之一。目前已经开发了一些焊接修理方法并应用于特定高温合金部件的修复，主要分为熔焊和固相焊两类，其中熔焊包括钨极氩弧焊、微束等离子焊、激光熔覆等，固相焊包括真空状态下的常规钎焊、扩散钎焊和大间隙钎焊。

高温合金部件长期在高温燃气腐蚀条件下工作，其形成的裂纹表面通常被Cr、Al、Ti等元素的氧化物所覆盖，并含有积碳等杂质，这些氧化物和杂质如不彻底清除，将严重影响后续的焊接修复。目前常用的裂纹清理方法主要分为化学法、热处理法、热化学法和机械法四类，其中化学法包括碱洗、盐浴，热处理法包括氢清洗、真空清洗，热化学法包括氟离子清洗、氟碳清洗，机械法包括机械打磨、喷沙。

针对具体高温合金部件损伤缺陷的焊接修复技术，通常是对上述不同裂纹清理方法和不同焊接修复方法的优化组合。

现有裂纹清理技术的情况是：

采用碱洗、盐浴方法进行裂纹清理，能够去除Cr的氧化物和部分Al、Ti氧化物，但效果不理想，对环境不友好，因此目前碱洗主要用于高温合金部件的表面脱脂、积炭和部分氧化物去除，盐浴已不再使用。

采用氢清洗、真空清洗方法进行裂纹清理，能够去除Cr的氧化物，但无法去除裂纹内Al、Ti的氧化物，因此主要用于钴基合金部件、低Al、Ti含量的镍基合金部件的裂纹清理和表面准备；而对于高Al、Ti含量的镍基合金部件的裂纹清理效果不好。

采用氟离子清洗、氟碳清洗方法进行裂纹清理，能够有效去除高温合金部件表面和裂纹内的Cr、Al、Ti的氧化物，因此目前广泛用于高温合金部件表面涂层的去除和裂纹内的Cr、Al、Ti氧化物清理。但是由于国内缺乏氟离子清洗、氟碳清洗设备，所以此种裂纹清理方法在国内没有应用。而且此种裂纹清理方法存在环保隐患。

采用机械打磨、喷砂方法进行裂纹清理，机械打磨能有效去除高温合金部件表面和裂纹内的Cr、Al、Ti的氧化物，但打磨尺寸不规范，喷砂可去除表面氧化物，因此通常用于高温合金部件的表面清理。

现有焊接修复方法的情况是：

采用钨极氩弧焊修复高温合金部件，由于热输入大，在焊接过程中高温合金部件容易产生变形。微束等离子焊能够减小高温合金部件的焊接变形，但也无法消除变形。同时，对于那些高Al、Ti含量的铸造高温合金部件，无论是钨极氩弧焊还是微束等离子焊，在焊接接头都易形成裂纹，且接头力学性能明显低于母材，因此钨极氩弧焊、微束等离子焊只能用于对焊接变形不敏感的，特定高温合金材料部件的低应力区损伤修复。激光熔覆可有效降低焊接变形，但高温合金材料激光熔覆接头力学性能低，且很难适应部件裂纹位置随机出现的特点，因此也只能用于特定结构的高温合金部件的低应力区损伤修复。

常规真空钎焊方法也只能用于特定结构的高温合金部件低应力区的损伤修复，这主要由以下原因所致：1)为使钎料通过毛细作用填充间隙，钎焊间隙必须小于0.1mm；2)钎焊接头力学性能远低于母材，这极大限制了真空钎焊方法在高温合金部件修复方面的应用。

扩散钎焊是对常规真空钎焊方法的改进。由于采用与母材成分相近的钎料，扩散钎焊接头强度在理想情况下可以接近母材。然而要达到该强度水平，且保证钎焊时间在工程应用可以接受的范围内，那么钎焊间隙就要非常小，如此小的间隙在高温合金部件修复时很难满足。