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Inconel718合金是Ni-Cr-Fe时效硬化型高温合金,在650℃以下具有较高的强度和塑性、良好的抗疲劳和耐腐蚀性,是目前航空航天领域中应用最广泛的高温合金之一。该合金多层板结构具有高强度、高刚度、轻量化结构特点,在航空航天耐热及防热方面具有广阔的应用前景。一般多层结构的制造方法主要为超塑成形/扩散连接,但是Inconel718合金由于高温强度高、变形困难、扩散连接性能差,因此,需要开辟制造Inconel718合金多层结构的新途径。激光焊接具有速度快、变形小、热输入小、焊缝窄、热影响区小等优点,在汽车、航空航天以及电气设备等制造业应用广泛。近年来,国外提出超塑成形/扩散连接+焊接(SPF/DB with welding)技术作为超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术的扩展和补充,并在钛合金多层夹芯结构上取得了很好的效果。Inconel718合金焊接性能优良,采用LBW(Laser Beam Welding)+SPF(Superplastic Forming)组合技术制造Inconel718多层夹芯结构具有技术优越性。本文重点对细晶Inconel718合金超塑性、细晶Inconel718合金激光对接板高温塑性、多层夹芯板结构的LBW+SPF技术、多层夹芯板结构的热处理工艺、多层夹芯筒结构的LBW+SPF技术进行了研究。为更好地指导多层夹芯结构的超塑成形,研究了多层夹芯结构所用的超细晶Inconel718合金板材的超塑性,该板材理想超塑成形温度为950~965℃,在该温度延伸率较高,流动应力低。解决了带有激光对接焊缝的筒形件高温成形问题,研究了细晶Inconel718合金激光对接板的高温塑性,发现单向拉伸时,拉伸方向对对接板延伸率影响较大。在950~980℃范围内,该合金激光对接板有着良好的自由胀形能力,相对胀形高度均高于1.0,满足进行复杂零件成形的需求。采用LBW+SPF工艺成形了多种不同内部结构的多层夹芯板结构。研究了焊接功率及焊接速度对接头熔深的影响,找到了适合多层夹芯板结构的激光焊接参数,通过对超塑成形加压速率的控制,制得了外观形状良好,壁厚分布均匀,内部结构成形充分的多层夹芯板结构。实验结果证明LBW+SPF组合技术是制造细晶Inconel718合金多层夹芯板结构的理想技术。为了增强多层夹芯板结构使用的安全性,研究了其热处理技术。结果表明:Inconel718合金在焊接过程产生了Nb含量较高的Laves沉淀相;超塑成形后焊缝中的Nb元素的偏析问题得到了缓解;经1080℃固溶30min后焊缝中的Laves相完全溶解,彻底解决Nb元素的偏析问题。1080℃固溶后母材的晶粒长大幅度惊人,屈服强度比成形后有所下降为892MPa;在所有的载荷测试中,三种结构中以三层夹芯结构的抗压缩能力最好。采用内撑直径可变的卡具以及点焊加固等措施成功对三层夹芯筒结构进行了激光焊接,由LBW+SPF组合技术制造的多夹芯筒结构外观形状良好、壁厚分布均匀、内部结构美观。对筒形结构进行尺寸误差分析发现,由于模具与成形材料线膨胀系数有差异,筒形结构实际尺寸与设计尺寸有偏差,但偏差仅为:外径-0.15%,内径-0.1%,达到设计要求。