专利名称：一种制造gh4169高温合金多层板结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法，特别是涉及用 超塑胀形结合激光深熔焊连接制造多层板结构GH4169高温合金的方法，属于 材料加工领域。
背景技术：
GH4169高温合金是一种时效硬化Ni-Cr-Fe基变形高温合金，在65(TC下 该合金具有很高的强韧性、抗疲劳性能及良好的综合力学性能，该合金多层 板结构具有高强度、高刚度、轻量化结构的特点，航空航天耐热和防热上具 有广阔的应用前景，其基本结构有H层和四层两种。通常多层板结构件是采 用SPF/DB (超塑胀形/扩散连接技术)制得，GH4169扩散连接困难，通常其 扩散连接温度不低于1040°C，连接时间不小于45min，而此条件下GH4169 合金晶粒急剧长大，严重的降低其超塑性能，并且其扩散连接的强度较低难 以满足多层结构成形的需要，但是目前航空航天耐热及隔热方面对GH4169 高温合金多层结构需求十分迫切，因此如何寻找新技术制造多层板结构件成 为目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决目前SPF/DB方法无法制造多层结构GH4169高温合 金的问题，提供一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法。
一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法实现的步骤包括
步骤一将均是GH4169高温合金材质的面板、底板和N个芯板分别放 入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮溶液中超声清洗lmin 5min，然后用不锈 钢钢刷和砂纸分别打磨面板、底板和N个芯板的表面8min 20min，再将面板、 底板和N个芯板分别放入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮溶液中清洗 5min 15min， N-1或N:2K， K为正整数；
步骤二将面板、底板和N个芯板固定在工件台上，采用激光深熔焊分 别从面板侧和底板侧按设定的方案将面板、底板和N个芯板焊接在一起；步骤三采用亚弧焊将面板和底板的四周焊接在一起形成第二焊接接头， 并留有一通气孔；
步骤四将焊接在一起的面板、底板和N个芯板装入上模和下模中，上
模和下模设置有多个排气孔；
步骤五然后，整体放入加热炉中加热至950"C 980。C之间，并保温 25min 40min;
步骤六按0.06MPa/min 0.07MPa/min的加压速度沿通气孔通入惰性气 体，当面板、底板和N个芯板超塑胀形而形成的腔内的压力达到 4.0MPa 4.5MPa之间时停止通入惰性气体，并保压25min 40min;
步骤七冷却至室温。
本发明的优点是本发明采用激光连接/超塑胀形组合技术成功的制造了
GH4169高温合金多层板结构件，利用激光连接的快速性、准确性不仅縮短了 多层板制备时间，而且为不能够使用SPF/DB方法制造多层板结构的合金找到 了一种新方法，并且对于可扩散连接的合金此方法也有很强的实用性。
图1是加工前GH4169高温合金的三层板结构示意图，图2是图1的俯 视图，图3是图1的仰视图，图4是图1的A-A剖视图，图5是加工后GH4169 高温合金的三层板结构示意图，图6是加工前GH4169高温合金的四层板结 构示意图，图7是加工后GH4169高温合金的四层板结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参见图1至图7说明本实施方式， 一种制造GH4169 高温合金多层板结构的方法，实现该方法的步骤包括
步骤一将均是GH4169高温合金材质的面板1、底板3和N个芯板2 分别放入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮溶液中超声清洗lmin 5min，然后 用不锈钢钢刷和砂纸分别打磨面板l、底板3和N个芯板2的表面8min 20min， 再将面板1、底板3和N个芯板2分别放入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮 溶液中清洗5min 15min, N-1或N-2K， K为正整数；
步骤二将面板l、底板3和N个芯板2固定在工件台上，采用激光深 熔焊分别从面板1侧和底板3侧按设定的方案将面板1、底板3和N个芯板2焊接在一起；
步骤三采用亚弧焊将面板1和底板3的四周焊接在一起形成第二焊接 接头5，并留有一通气孔6;
步骤四将焊接在一起的面板l、底板3和N个芯板2装入上模7和下 模8中，上模7和下模8设置有多个排气孔；
步骤五然后，整体放入加热炉中加热至95(TC 980"C之间，并保温 25min 40min;
步骤六按0.06MPa/min~0.07MPa/min的加压速度沿通气孔6通入惰性 气体，当面板1、底板3和N个芯板2超塑胀形而形成的腔内的压力达到 4.0MPa 4.5MPa之间时停止通入惰性气体，并保压25min 40min;
步骤七冷却至室温。
步骤一中超声清洗面板1、底板3和N个芯板2的目的是为了去除表面 油脂，用不锈钢钢刷和砂纸分别打磨的目的是为了去除表面氧化膜。进行本 步骤处理后，能够防止面板1、底板3和N个芯板2的氧化膜及杂质对焊接 接头造成不良影响。
步骤二中所述设定的方案是指根据不同的层数设计不同的结构方案，合 金多层板的基本结构包括三层和四层两种，三层结构的按实施方式九所述结 构方案进行制造，四层结构的按实施方式十二所述结构方案制造。
步骤三中所述通气孔在应用时外接一不锈钢通气管，方便控制通入惰性 气体。
步骤四中所述上模7和下模8设置有多个排气孔是为了通入惰性气体后， 面板1和底板3的内外存在压力差，使得面板1和底板3超塑胀形成功，并 贴在上模7的内壁上，否则超塑胀形不会成功。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤一中 将均是GH4169高温合金材质的面板1 、芯板2和底板3分别放入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮溶液中超声清洗2min 3min，然后用不锈钢钢刷和砂纸分 别打磨面板1 、芯板2和底板3的表面10min 15min，再将面板1 、芯板2和 底板3分别放入纯度为99.9% (质量)以上的丙酮溶液中清洗10min 15min， 其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤四中
上模7和下模8设置有1~3个排气孔，其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤五中
整体放入加热炉中加热至965'C 97(TC之间，并保温28min 32min，其它步骤 和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤五中
整体放入加热炉中加热至965r 97(TC之间，并保温30min，其它步骤和技术 参数与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤六中 所述加压速度为0.066MPa/min，压力达到4.1MPa 4.3MPa时停止通入惰性气 体，其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤六中 所述加压速度为0.066MPa/min，压力达到4.2MPa时停止通入惰性气体，其它 步骤和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
八本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤六中 所述惰性气体为氮气或氩气，其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
具体实施方式
九参见图1至图5说明本实施方式，本实施方式与实施 方式一的不同之处在于，N=l，将面板l、芯板2和底板3固定在工件台上， 面板1和底板3大小相等，芯板2位于面板1和底板3的中间，面板1、芯板 2和底板3中心对齐放置，采用激光深熔焊分别从面板1侧和底板3侧与芯板 2焊接在一起，形成多个平行且等间距的第一焊接接头4，从面板l侧形成的 第一焊接接头4与从底板3侧形成的第一焊接接头4交错排布，第一焊接接 头4的强度在550MPa 670MPa之间，第一焊接接头4的深度超过芯板2的 厚度中心线，超塑胀形后保持芯板2与水平方向之间的夹角"在15度 45度 之间，其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
N-l时是三层结构的，采用激光深熔焊，当面板l、芯板2和底板3的尺 寸不同时，所选的焊接参数是不一样的，总的原则是要保证第一焊接接头4 的强度在550MPa 670MPa之间，第一焊接接头4的深度超过芯板2的厚度中心线。
给一具体的实施例，芯板2的尺寸选取70mmX50mmXl.lmm，面板1 和底板3的尺寸选取130mmX130mmX1.6mm，面板1上平行的第一焊接接 头4之间间隔为12.73mm 15.60mm之间，上模7的高度为10mm，下模8在本 实施方式中为平板的，装模时与底板3紧贴着，采用激光深熔焊的悍接参数峰 值功率为4500W，脉冲功率为32Hz，脉宽为3ms，焊接速度为180mm/min，离 焦量为Omm，焯接形成的第一焊接接头4的深度要大于2.2mm，根据要求计算 深度为
1.6 + U = 2.15 2.2mm。 具体实施方式
十本实施方式与实施方式九的不同之处在于，第一焊接 接头4的强度在580MPa 650MPa之间，其它步骤和技术参数与实施方式九 相同。
具体实施方式
十一本实施方式与实施方式九的不同之处在于，超塑胀 形后保持芯板2与水平方向之间的夹角 〃在25度~35度之间，其它步骤和技 术参数与实施方式九相同。
具体实施方式
十二参见图6、图7说明本实施方式，本实施方式与实施 方式一的不同之处在于，N=2K，将面板l、底板3和N个芯板2固定在工件 台上，面板1和底板3大小相等，上下对齐放置，N个芯板2均分成K组芯 板组，每组芯板组的两个芯板2上下对齐设置，K组芯板组并列、等间距置 于面板1和底板3之间，采用激光深熔焊将每组芯板组的一端焊接在一起形 成第三焊接接头9，然后分别从面板1侧和底板3侧与每组芯板组的另一端焊 接在一起，形成多个平行且等间距的第一焊接接头4，第一焊接接头4的强度 在550MPa 670MPa之间，第一焊接接头4的深度超过芯板2的厚度中心线， 第三焊接接头9的强度在400MPa 500MPa之间，超塑胀形后保持N个芯板2 与面板1和底板3垂直，其它步骤和技术参数与实施方式一相同。
N=2K是四层结构的，给一具体的实施例，芯板2的尺寸选取50mmX 16mmX l.lmm，面板1和底板3的尺寸选取130mmX 130mmX 1.6mm，面板 1上平行的第一焊接接头4之间间隔为50-65mm之间，上模7的高度为15mm， 下模8在本实施方式中与上模7形状是一样的，对扣放置。采用激光深熔焊焊接两个芯板2的焊接参数峰值功率为3200W，脉冲 功率为32Hz，脉宽为3ms，焊接速度为180mm/min，离焦量为Omm。
采用激光深熔焊焊接芯板2与面板1或底板3的焊接参数峰值功率为 4500W，脉冲功率为32Hz，脉宽为3ms，焊接速度为180mm/min，离焦量为 Omm。
焊接形成的第一焊接接头4的深度要大于2.2mm，根据步骤三的要求计 算深度为
L6 + U = 2.15 2.2 mm。 具体实施方式
十三本实施方式与实施方式十二的不同之处在于，第一 焊接接头4的强度在580MPa 650MPa之间，第一焊接接头4的深度超过芯 板2的厚度中心线，第三焊接接头9的强度在420MPa 480MPa之间，其它步 骤和技术参数与实施方式十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与实施方式十二的不同之处在于，第一 焊接接头4的强度在600MPa 610MPa之间，第一焊接接头4的深度超过芯板 2的厚度中心线，第三焊接接头9的强度在430MPa 470MPa之间，其它步骤 和技术参数与实施方式十二相同。
权利要求
1、一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法，其特征在于它包括步骤一将均是GH4169高温合金材质的面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)分别放入纯度为99.9％(质量)以上的丙酮溶液中超声清洗1min～5min，然后用不锈钢钢刷和砂纸分别打磨面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)的表面8min～20min，再将面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)分别放入纯度为99.9％(质量)以上的丙酮溶液中清洗5min～15min，N＝1或N＝2K，K为正整数；步骤二将面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)固定在工件台上，采用激光深熔焊分别从面板(1)侧和底板(3)侧按设定的方案将面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)焊接在一起；步骤三采用亚弧焊将面板(1)和底板(3)的四周焊接在一起形成第二焊接接头(5)，并留有一通气孔(6)；步骤四将焊接在一起的面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)装入上模(7)和下模(8)中，上模(7)和下模(8)设置有多个排气孔；步骤五然后，整体放入加热炉中加热至950℃～980℃之间，并保温25min～40min；步骤六按0. 06MPa/min～0.07MPa/min的加压速度沿通气孔(6)通入惰性气体，当面板(1)、底板(3)和N个芯板(2)超塑胀形而形成的腔内的压力达到4.0MPa～4.5MPa之间时停止通入惰性气体，并保压25min～40min；步骤七冷却至室温。
2、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于步骤一中将均是GH4169高温合金材质的面板(l)、底板(3)和N个 芯板(2)分别放入纯度为99.9%(质量)以上的丙酮溶液中超声清洗2min 3min， 然后用不锈钢钢刷和砂纸分别打磨面板(l)、底板(3)和N个芯板(2)的表面 10min 15min，再将面板(l)、底板(3)和N个芯板(2)分别放入纯度为99.9% (质 量)以上的丙酮溶液中清洗10min 15min。
3、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于步骤五中整体放入加热炉中加热至965。C 970。C之间，并保温 28min 32min。
4、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于步骤六中所述加压速度为0.066MPa/min，压力达到4.2MPa时停止 通入惰性气体。
5、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于步骤六中所述惰性气体为氮气或氩气。
6、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于N4，将面板(l)、芯板(2)和底板(3)固定在工件台上，面板(l)和底 板(3)大小相等，芯板(2)位于面板(1)和底板(3)的中间，面板(l)、芯板(2)和底 板(3)中心对齐放置，采用激光深熔焊分别从面板(1)侧和底板(3)侧与芯板(2) 焊接在一起，形成多个平行且等间距的第一焊接接头(4)，从面板(l)侧形成的 第一焊接接头(4)与从底板(3)侧形成的第一焊接接头(4)交错排布，第一焊接接 头(4)的强度在550MPa 670MPa之间，第一焊接接头(4)的深度超过芯板(2)的 厚度中心线，超塑胀形后保持芯板(2)与水平方向之间的夹角("在15度~45 度之间。
7、 根据权利要求6所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于第一焊接接头(4)的强度在580MPa 650MPa之间。
8、 根据权利要求6所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于超塑胀形后保持芯板(2)与水平方向之间的夹角(")在25度 35度 之间。
9、 根据权利要求1所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法， 其特征在于N-2K，将面板(l)、底板(3)和N个芯板(2)固定在工件台上，面板 (1)和底板(3)大小相等，上下对齐放置，N个芯板(2)均分成K组芯板组，每组 芯板组的两个芯板(2)上下对齐设置，K组芯板组并列、等间距置于面板(l)和 底板(3)之间，采用激光深熔焊将每组芯板组的一端焊接在一起形成第三焊接 接头(9)，然后分别从面板(1)侧和底板(3)侧与每组芯板组的另一端焊接在一 起，形成多个平行且等间距的第一焊接接头(4)，第一焊接接头(4)的强度在 550MPa 670MPa之间，第一焊接接头(4)的深度超过芯板(2)的厚度中心线，第 三焊接接头(9)的强度在400MPa 500MPa之间，超塑胀形后保持N个芯板(2) 与面板(1)和底板(3)垂直。
10、根据权利要求9所述的一种制造GH4169高温合金多层板结构的方 法，其特征在于第一焊接接头(4)的强度在580MPa 650MPa之间，第一焊接 接头(4)的深度超过芯板(2)的厚度中心线，第三焊接接头(9)的强度在 420MPa 480MPa之间。
全文摘要
一种制造GH4169高温合金多层板结构的方法，属于材料加工领域，本发明的目的是为了解决目前用SPF/DB制造多层结构GH4169高温合金的问题。本发明实现方法包括一、超声清洗；二、采用激光深熔焊将各工件焊接在一起；三、采用氩弧焊制成密封空间，只留有一个通气孔；四、将焊好的工件放入模具中；五、整体放入加热炉中加热至950℃～980℃之间，并保温25min～40min；六、通入惰性气体进行超塑胀形处理；七、冷却至室温。本发明采用激光连接/超塑胀形组合技术成功的制造了GH4169高温合金多层板结构件，利用激光连接的快速性、准确性缩短了多层板制备时间。
文档编号C22F1/16GK101412155SQ200810209590
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者振 卢, 张凯锋, 曲凤盛 申请人:哈尔滨工业大学