激光焊接镍基高温合金工艺及其性能研究

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K417G镍基高温合金不仅具有K417合金低密度的优点,并且凭借其可塑性,中高温强度,出色的结构稳定性和优异的铸造性能,适用于制作在900℃以下长期工作的叶片以及其他高温所用零件。目前该合金在各型发动机中的应用越来越多。但由于K417G镍基高温合金受热输入影响较大,采用普通的焊接工艺进行焊接时很容易产生气孔、热变形等缺陷,从而严重影响焊接接头的性能。而激光焊接具有焊接速度快、焊接深度大、热变形量小、焊缝深宽比大等特点,非常适合于K417G镍基高温合金的焊接。研究K417G合金激光焊接接头性能的变化,以优化激光焊接工艺,提升合金焊缝质量,有利于指导激光焊接K417G的实际生产与应用。本文利用光纤激光加工系统对4mm厚K417G镍基高温合金进行了激光焊接试验,采用单一变量法,研究了三种激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、离焦量)对合金焊缝成形的影响,并且对焊接接头的组织性能进行了测试与分析。焊缝成形过程是由焊缝熔合线生长柱状晶,生长方向沿着垂直于焊接熔合线方向的最大温度梯度,生长至焊缝中心区域形成等轴晶。激光焊接的工艺参数(激光功率、激光扫描速度、离焦量)对焊缝成形有重要影响。激光扫描速度增大,焊缝熔宽熔深变小;激光功率增大,焊缝熔深熔宽增大;离焦量增大,焊缝熔深减小,熔宽增大。焊接过程中,K417G合金焊缝热影响区附近强化相在激光热源的快速作用下,发生溶解或者部分溶解,主要组成元素Ni、Cr的质量分数变化不明显,作为碳化物强化相的C元素发生偏聚,聚集至焊缝区域及接近热影响区的母材区域,使得其C元素含量略有上升。K417G合金焊缝显微硬度结果分布为从焊缝中心线区域经焊缝熔合线、热影响区到母材区域的显微硬度先降低再升高,焊缝中心线区域最高,焊缝熔合线及热影响区最低。此外,激光焊接工艺参数对K417G合金焊缝耐蚀性能及抗冷热冲击性能有重要影响,综合来看,20mm/s激光扫描速度、1500W激光功率、+2mm离焦量工艺参数下,K417G合金焊缝的综合性能最佳。
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