Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防止??3Α1导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，属于航空关键部件焊接修复领域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti3Al铸件焊缝的固溶处理。
【背景技术】
[0002]我国某型发动机具有高推重比、不加力超音速巡航、矢量推力等特点，目前已进入验证机研制阶段。该发动机低压涡轮导叶内环设计中，将采用Ti3Al基合金代替GH4169合金，可减轻涡轮部件结构20 %的重量，减重效果非常明显。低压涡轮导叶内环属于多凸台、多孔、半封闭环形内孔的变壁厚环形件，该构件复杂的结构导致制备难度非常大。由于Ti3Al基合金塑韧性相对较差、成形难度大等缺点的存在，不可避免会导致导叶内环在制备过程中出现铸造、裂纹等缺陷，需要采用补焊措施修复零件缺陷，而Ti3Al零件的补焊，难度很大，已经成为低压涡轮导叶内环研制过程中的一项关键技术。
[0003]采用氩弧焊补焊技术，设计焊前预热工装，优选Ti2AlNb作为焊接填充材料，对导叶内环缺陷进行了成功补焊，经荧光和X射线检测无裂纹、未熔合缺陷，室温拉伸强度达到母材的90%以上；但在650°C高温拉伸时，强度不到母材的50%，接头脆性断裂，经分析发现Ti3Al导叶内环补焊后经过高温循环(500°C以上)，焊缝沿晶界开裂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是防止补焊焊缝高温晶界裂纹的出现，改善Ti3Al导叶内环补焊焊缝的高温性能。为此本发明设计了一种有效防止Ti3Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti3Al导叶内环焊缝的固溶处理。
[0005]本发明技术方案是
[0006]该方法的步骤是:
[0007](1)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，针对补焊点尺寸和位置，设计感应线圈，线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3?7匝，要求线圈能置于距补焊点表面2?5_处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行，然后将S热电偶点焊在补焊点5_范围之内，用于测试焊点实际温度；
[0008](2)关闭炉门，对感应炉抽真空至1?2Pa后，反充氩气至常压；
[0009](3)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3?lOmin之内使补焊位置温度升到980?1020°C，后保温10?20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热；
[0010](4)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。
[0011]本发明具有的优点和有益效果，本发明采用专用的固溶处理工艺:用感应加热的方法对补焊焊缝进行980?1020°C X 10?20min的快速固溶处理，处理后的Ti3Al铸件补焊焊缝经500 V?700 V高温循环后，荧光检测无裂纹缺陷，且在600 °C、650 °C和700 °C的高温拉伸性能接近于母材性能，显著改善了 Ti3Al导叶内环补焊接头高温性能，为Ti3Al导叶内环的工程化应用解决了一项关键技术。
【具体实施方式】
[0012]以下将结合实例对本发明技术方案作进一步详述:
[0013](1)首先确定Ti3Al导叶内环上补焊点的数量、大小和位置，根据补焊点大小和位置，制作不同规格、不同形状和不同匝数的感应线圈，原则上要求线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3?7匝，焊点直径越大，匝数越多，同时因为导叶内环形状较为复杂，要求线圈延长段设计为不同形状以满足线圈能置于距补焊点表面2?5mm处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行；
[0014](2)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，将设计好的线圈置于距补焊点表面2?5mm处，然后将S热电偶点焊在补焊点附近，约5mm范围之内，用于测试焊点实际温度；
[0015](3)关闭炉门，对感应炉抽真空至1?2Pa后，反充氩气至常压；
[0016](4)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3?lOmin之内使补焊位置温度升到980?1020°C，后保温10?20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热；
[0017](5)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。
[0018]具体实例一
[0019]对Ti3Al导叶内环补焊点进行固溶处理
[0020]1.导叶内环铸件补焊点情况确认
[0021]某型发动机验证机低压涡轮导叶内环为Ti3Al铸件，其属于多凸台、多孔、半封闭环形内孔的变壁厚环形件，在6个不同位置:分别为内安装边、辐板、辐板与D字腔交界、D字腔、D字腔与外安装边交界、外安装边，进行了补焊。
[0022]2.修复过程和检查
[0023]对导叶内环上的补焊点按上面所述顺序依次做好标号1#?6# ;针对这些补焊点的大小、位置制作6种感应线圈，对应编号为1#?6# ;将导叶内环放入感应加热炉，调整好位置，首先对1#补焊点进行固溶处理，将1#感应线圈安装好，置于距1#补焊点2mm处，将S热电偶点焊在1#补焊点附近以实时准确测试补焊点温度，关闭炉门，对感应炉抽真空至1?2Pa后，反充氩气至常压，调节功率，对补焊位置进行加热，6min后补焊点温度升到1010°C，后保温10?20min，随后关闭加热；按以上步骤依次对2#?6#补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。
[0024]与现有技术相比，采用本发明技术方案处理的导叶内环经500?700°C高温循环后无裂纹缺陷，高温拉伸性能与母材相当，且过程操作方便，工艺稳定，重复性好，技术成熟。可进行广泛推广。
【主权项】
1.一种防止Ti 3A1导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，其特征在于:该方法的步骤是: (1)将补焊后的导叶内环放入感应加热炉中，针对补焊点尺寸和位置，设计感应线圈，线圈直径为补焊点直径的3倍以上，线圈匝数3?7匝，要求线圈能置于距补焊点表面2?5_处，并且线圈圆周面与焊点表面基本平行，然后将S热电偶点焊在补焊点5_范围之内，用于测试焊点实际温度； (2)关闭炉门，对感应炉抽真空至1?2Pa后，反充氩气至常压； (3)调节功率，对补焊位置进行加热，要求在3?lOmin之内使补焊位置温度升到980?1020°C，后保温10?20min，对补焊点进行固溶处理，随后关闭加热； (4)按以上步骤对所有补焊点进行固溶处理，处理完后取出导叶内环。
【专利摘要】本发明涉及一种防止Ti3Al导叶内环补焊后焊缝高温开裂的固溶工艺，属于航空关键部件焊接修复领域，主要用于采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti3Al铸件焊缝的固溶处理。该工艺方法针对采用Ti2AlNb填充材料补焊的Ti3Al铸件焊缝，采用感应加热的方法对补焊焊缝进行980～1020℃×10～20min的快速固溶处理，处理后的Ti3Al铸件补焊焊缝经500℃～700℃高温循环后无裂纹缺陷，且在600℃、650℃和700℃的高温拉伸性能接近于母材性能。
【IPC分类】C21D9/50
【公开号】CN105400946
【申请号】CN201510717007
【发明人】孙兵兵, 陈波, 张学军, 郭绍庆, 秦仁耀, 李万青
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年10月29日