镍基高温合金叶片的钎焊修复

镍基高温合金叶片的钎焊修复

由于航空发动机叶片的磨损、磨损、冷热和疲劳，它们导致腐蚀、裂纹、变形和账单，导致大量叶片报废。此外，由于无法购买特定部件，一些发动机不得不进行修复技术。目前，美国、加拿大和其他国家的叶片修复技术仍处于探索阶段。根据叶片缺陷的部位、形态、大小及叶片材料,可以采用熔焊、钎焊和堆焊等方法.主要针对一级、二级导向叶片采用的镍基铸造高温合金焊接性较差的特点,进行了钎焊修复研究.此类叶片修复难度较大,主要难点有两方面;一是待修复裂纹表面长期在高温燃气作用下产生较厚的氧化膜,且由于母材中含钛、铝和铬等元素,很难用简单的酸洗方法将此类氧化膜去除另外叶片裂纹开敞性差,材质硬,普通刀具及机加工方法无法加工,因此机械加工去除氧化膜也有一定的难度.二是叶片要求修复后形成的大间隙钎焊接头,具有较高的高温持久性能、耐蚀性能和重熔温度.使用后产生裂纹的镍基铸造高温合金一级、二级导向叶片钎焊修复的两个难点-氧化膜去除和钎焊及扩散工艺进行介绍.1氧化膜的去除为使钎料润湿叶片裂纹表面,达到钎焊修复叶片之目的,必须完全去除叶片裂纹处的氧化膜.针对此类氧化膜目前国际上常用的去除方法主要有氟化物反应去除和机械方法去除,根据裂纹的形貌采用上述两种方法进行氧化膜去除研究1.1氟化物处理应用结果氟化物分解产生的HF与BF3气体与金属氧化物在高温下发生下列反应:反应生成的氟化物一部分极易挥发而去除,一部分不易挥发,呈熔融状态浮在裂纹的表面,对钎料润湿母材无不利的影响.采用自制氟化物处理设备,应用最佳氟化物去除氧化膜工艺,对图1所示带有A类(非穿透性微裂纹)和B类(穿透性裂纹)裂纹的叶片进行氟化物处理,处理后对穿透性裂纹表面进行能谱分析结果见图2,对A、B两类裂纹进行钎料填充裂缝试验的结果见图3.氟化物处理后穿透性裂纹表面含氧量显著降低(图2),熔化的钎料完全润湿裂纹表面并填满整个间隙(图3b),可见采用氟化物处理可有效去除穿透性裂纹表面的氧化膜;而对非穿透性裂纹表面氧化膜,由于气体的连续性,不能在裂纹内部产生流动,因此去除效果不佳,钎料不能润湿并填充裂纹(见图3a).1.2氧化好表面氧化膜采用硬质合金刀具等机械方法可有效去除非穿透性裂纹表面氧化膜,应用此种方法去除裂纹表面氧化膜前必须通过渗透检查,明确裂纹的方位及形貌,处理后也需通过检验确信裂纹完全去除,才能进行钎焊修复,以保证钎焊修复的质量.机械方法去除氧化膜的缺点是过程较为繁杂且需填充间隙扩大(1-2mm).因此对穿透性裂纹表面氧化膜建议采用氟化物去除当氟化物不能将氧化膜完全去除时,才建议使用机械方法将其去除.2焊接接头缺陷为使叶片修复处具有较高的高温持久性能、耐蚀性能和重熔温度,必须减少钎焊接头缺陷,减少或消除钎缝中低熔共晶化合物.为此,在避免产生接头缺陷的前提下,需尽可能减少钎料在钎缝中的比例,填入与母材近似的合金粉或合金块,采用适当的钎焊和扩散工艺.2.1填入方式的选择对于≤1.0mm的裂纹可通过填入合金粉的方式进行钎焊修复,对于≥1.0mm的裂纹需通过镶块与填入合金粉相结合的工艺进行钎焊修复.为得到优质的大间隙钎焊接头,合金粉的填入方式是十分重要的.通过填入不同比例的钎料与合金粉的混合粉、预填合金粉烧结后钎焊及预填合金粉与钎焊同时进行的几种大间隙钎焊试验.试验结果发现,混合粉填充方式含合金粉比例为40%时,可得到较为理想的钎焊接头,预填合金粉烧结后钎焊是最理想的钎焊方式.采用适宜的工艺对于填合金粉进行烧结后,合金粉之间已产生结合,并具有一定的孔隙度,钎焊时钎料沿孔隙填满整个间隙,形成良好的钎焊接头;预填合金粉与钎焊同时进行时,合金粉之间未产生结合,与熔化的钎料作用,形成钎料溶入端合金粉少钎料多的非均质钎缝.2.2焊接接头工作减少大间隙钎焊接头的缺陷,实现零缺陷钎焊接头,其难度远远高于普通钎焊接头,需严格控制钎焊参数,并采取适当的工艺措施.采用预填合金粉烧结后钎焊的方法,选择钴基钎料,钎焊时钎料的固相线与钎焊温度之间快速升温,钎焊温度为1180℃保温10min,钎焊接头组织见图4,基本无缺陷.2.3温度与时间的影响为提高钎焊接头的力学性能、重熔温度及耐蚀性等,消除或减少接头中的低熔共晶相,需进行扩散处理.扩散处理工艺的重要参数为扩散温度与时间,研究表明:提高温度扩散效果显著,但温度不能无限的提高,否则将产生熔蚀及由于合金粉被吃掉失去骨架作用而产生的空洞缺陷等;随扩散时间的延长,钎缝中的低熔共晶相逐渐消失见图当进一步延长扩散时间时出现碳化物相聚集长大和晶粒边界W、Mo及Cr等元素贫化现象见图6.3修复羽毛对产生裂纹的叶片采用下述路线对叶片进修复:4u2004工艺补焊接(1)氟化物反应和机械方法可有效去除