[发明专利]镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法及工装

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体为一种镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法及其工艺装备。

背景技术

近年来，某燃气轮机以其效率高、结构紧凑、起动快等一系列优点，逐步成为各国除航母以外的大中型舰船的主要动力装置，在海军中得到广泛应用。燃机装舰已成为水面舰艇现代化的主要标志之一，并将在未来舰船综合电力系统中发挥重要作用。

针对某燃气轮机后机匣出现疲劳裂纹故障的难题，亟待控制解决。因此，研制新的焊接工艺控制方法及工艺装备，避免疲劳裂纹，使制造水平达到高性能、长寿命的国产舰用燃机，适合海洋环境工作有着重要意义。

如图1(a)、图1(b)所示，某燃机后机匣内环存在裂纹故障A（对应图中1号-8号位置），主要原因是内环与“T形支板组件”氩弧焊接后存在焊接应力，电子束焊前未予消除，加剧了内环支板根部的残余应力水平；电子束焊后构成刚性整体，应力无法通过变形释放并集中于内环支板根部；去应力热处理和时效处理合并同时进行，不能有效消除残余内应力。综合两方面因素，该焊接工艺无法控制疲劳裂纹及燃机的可靠性和寿命要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法及其工艺装备，解决了现有燃机无法控制疲劳裂纹及燃机的可靠性和寿命要求等问题，采用新的焊接工艺方法及工艺装备，资金投入少，操作简单，便于工程化应用。

本发明的技术方案是：

一种镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制工装，该工装包括：垫块、支撑杆、底座、涨块、限位环、螺栓，具体结构如下：

支撑杆设置于内环和后机匣中段之间，支撑杆分别与后机匣中段内侧的垫块和内环外侧的底座通过螺纹连接，用于支撑内环和后机匣中段；在燃机的内环和后机匣中段之间通过T型支板组件连接处，内环的内侧面开设内环槽口，在内环槽口中分别设置涨块，在内环中设置限位环，限位环与涨块通过螺栓连接。

所述的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制工装，支撑杆为八个均布，内环槽口为八个均布。

所述工装的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法，利用线膨胀系数相近的材料刚性限位来控制焊接变形量，采用可满足焊接时刚性支撑和控制消除焊接残余应力变形工装结构，内环与八个T形支板组件形成八卦后，增加550℃的消除应力热处理工序，减少电子束焊前内环与支板根部的残余应力；所有焊接工序完成后，增加970℃真空固溶处理加720℃和620℃双时效处理，以求彻底消除焊后残余内应力，达到使用性能。

所述的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法，为较彻底消除焊后残余应力，增加固溶处理去应力，并采用所述工装，利用刚性限位来控制焊接变形量，同时带工装进行消除应力处理，将焊接变形量较准确地控制在要求的范围内。

所述的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法，利用线膨胀系数相近的工装材料刚性限位来控制焊接变形量，满足焊接和控制消除焊接残余应力变形，具体如下：

（1）依据GH4169镍基时效强化高温合金，抗氧化能力强，热强度高的特点，工装选用线膨胀系数相近的GH3030材料做刚性限位；

（2）将八个涨块分别装入内环的八个内环槽口内，限位环位于内环的内侧，通过螺栓拧紧力作用下，使限位环限制八个涨块移动，起到定位和刚性支撑作用；

（3）将八个支撑杆两端的正反螺纹分别拧紧八个垫块和八个底座，控制电子束焊接过程中后机匣中段的径向位移作用。

所述的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法，后机匣焊接过程如下：

（1）氩弧焊接内环与八个T形支板组件形成八卦后，增加消除应力热处理；将八个涨块分别装入内环的八个内环槽口内，通过螺栓拧紧力作用下，使限位环限制八个涨块移动，形成内环刚性支撑；同时，对焊接过程、热处理时起刚性限位作用；

（2）将八个支撑杆两端的正反螺纹分别拧紧八个垫块和八个底座，限制后机匣中段的径向位移；

（3）完成焊接工序后，增加真空固溶处理和双时效处理，以求彻底消除焊后残余内应力，达到使用性能，避免疲劳裂纹产生。

所述的镍基时效强化高温合金机匣焊接组件变形控制方法，焊接变形控制措施如下：

（1）调整焊接顺序、优化焊接参数，氩弧焊接内环与八个T形支板组件形成八卦后，经X射线检测合格后，增加550℃±10℃、保温2.5～3小时的消除应力热处理工序，减少电子束焊前内环与T形支板组件根部的残余应力；