[发明专利]一种高频振动辅助激光焊接镍基高温合金的方法

说明书

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种高频振动辅助激光焊接镍基高温合金的方法，步骤包括：经预处理的镍基高温合金工件刚性固定在工作平台上，在电磁激振器作用下，保持镍基高温合金工件的共振状态，保护气体环境中进行激光焊接。本发明方法制备的镍基高温合金焊缝组织内，枝晶生成减少，并多被破碎，有效细化晶粒，减少枝晶偏析，减弱晶界粗化，避免焊接裂纹生成，提升焊缝接头硬度。且本发明方法易于自动控制、效率高、便于操作，具有较为理想的工程应用意义。

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种高频振动辅助激光焊接镍基高温合金的方法。

背景技术

镍基高温合金基于良好的抗高温氧化、抗疲劳、耐腐蚀性能，及屈服强度高、成形性与焊接性良好等特点，被广泛应用于航空、航天、核能、动力和石化领域。Inconel 718镍基高温合金(国内牌号为GH4169)是目前生产量与用量较大的合金之一，其屈服强度居变形高温合金首位，产量占变形高温合金总量的45％，主要用于制造航空发动机、工业燃气轮机的涡轮工作叶片、涡轮盘、燃烧室等，可在高低温、酸性等较极端环境下使用。据美国2000年数据统计，该合金在GE航空发动机中的用量占56％，可见，开展Inconel 718合金相关研究具有重要的现实意义。

广泛应用于镍基高温合金研究的焊接方法有氩弧焊、电子束焊接、钎焊与扩散焊等焊接技术。镍基高温合金中加入的W、Mo、Cr、Co、Al等固溶强化元素，及S、P、C、B等微量元素，将增大裂纹敏感性，造成弥合裂纹、焊后焊缝易形成组织偏析、析出脆性相及其他缺陷，导致焊接接头力学性能及高温持久性下降。

在智能焊接技术的革新浪潮中，激光焊接以其能量密度高、集中性好、焊接速度快、焊接变形小、焊接质量高、便于自动化控制、稳定性好、灵活等优点，被广泛应用于制造业、汽车工业、电子电气、生物医学、船舶、核电、航空航天等领域。大功率激光器的不断研发，也拓宽了激光焊接的使用范围。

现有的镍基高温合金(Inconel 718)激光焊接研究表明，激光焊接形成的镍基合金高温合金焊缝组织中存在晶粒粗大，枝晶多偏析，热影响区出现大量不连续裂纹，焊缝区硬度明显低于母材硬度等缺陷，使得激光焊接形成的镍基高温合金工件的性能不尽人意。

振动焊接是在振动时效的基础上发展起来的一项工艺，通过在焊接过程中给被焊构件施加激振力，随焊随振，达到细化焊接接头微观组织，降低残余应力，改善焊接头组织性能的目的，并可缩短焊后去除残余应力所用时间，提高生产效率。

基于镍基高温合金现有焊接技术的缺陷，本申请设想将激光焊接技术与振动技术相结合应用于镍基高温合金的焊接，以期改善镍基高温合金现有焊接技术的缺陷，并节省资源，提高效率，具有较为理想的工程应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高频振动辅助激光焊接镍基高温合金的方法，该方法降低焊接熔池的温度梯度，促进熔池中液态金属流动，细化焊缝晶粒，减少枝晶偏析，避免焊接裂纹，提高焊接头(主要是热影响区)的力学性能。

本发明的技术方案为，一种高频振动辅助激光焊接镍基高温合金的方法，步骤包括：经预处理的镍基高温合金工件刚性固定在工作平台上，在电磁激振器作用下，保持镍基高温合金工件的共振状态，保护气体环境中进行激光焊接。共振状态下，镍基高温合金工件的共振频率与振动加速度稳定，形成共振频率与振动加速度稳定的共振状态。

镍基高温合金工件刚性固定在工作平台上，镍基高温合金工件与工作平台形成一体结构。电磁激振器装配在工作平台上，电磁激振器产生的激振力传递至刚性固定镍基高温合金工件的工作平台上，确定镍基高温合金工件的共振频率与振动加速度，并保持镍基高温合金工件的共振状态。