航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機具有較高的推重比，其燃燒室溫度也較高。由火焰筒中產(chǎn)生的高溫氣流噴出后進(jìn)入導(dǎo)向葉片內(nèi)，安裝于導(dǎo)向葉片內(nèi)的前后冷氣導(dǎo)管的作用是進(jìn)行冷卻，調(diào)節(jié)葉片腔內(nèi)的溫度? ＠淦脊苣諂饔卸趿鞫肪?，一是沿导管轴向流秤z峭ü鼙諫系男】琢饗蛞鍍哪誶?。蟿蚧，冷气导蛊H惺苷帕臀露扔αΑ? 冷氣導(dǎo)管材料采用鎳基變形高溫合金Incol 625,它是一薄壁零件，厚度僅0.2mm，產(chǎn)品要求焊縫對接，不允許搭接，不加填料，焊縫外觀均勻，無裂紋，焊后必須滿足與導(dǎo)向葉片內(nèi)腔的型腔配合，因而要求變形? ? 對該零件，廠方曾列為攻關(guān)課題，采用多種焊接方法進(jìn)行試驗，均不能達(dá)到技術(shù)要求，最后決定廠、校聯(lián)合，采用激光焊接進(jìn)行難題攻關(guān)。 1試驗方案設(shè)計 1.1工件的制備 由于工件太薄，在不加填料的情況下對工件的制備提出了更高的要求：1)零件成型尺寸要精確；2)成型后進(jìn)行電火花線切割時，應(yīng)保證電極絲沿與冷氣導(dǎo)管待切面的法線一致的方向切入。 1.2型芯的制作 在數(shù)控銑床上加工紫銅型芯，前、后冷氣導(dǎo)管型芯各一組。 1.3焊前清洗 (1)酸洗：將氫氟酸130g、硫酸鐵300g加入到60～70℃的1L水中，焊件在溶液中浸泡15～20min； (2)中和：將8～10g的NaOH和30～50g的Na 2 CO 3 加入到60℃的1L水中，浸泡焊件1～2min； (3)超聲波清除：零件沖洗后再用超聲波清洗1h； (4)用脫脂棉球蘸丙酮，清理待焊部位； (5)裝配時不得用手觸摸待焊部位。 1.4工裝及裝配要求 (1)焊縫兩邊的錯邊不大于0.08mm；(2)在整個焊縫上，焊前裝配間隙不大于0.05mm；(3)在與焊縫縱向垂直的方向上施以夾緊力；(4)在型芯與待焊處施以壓緊力；(5)待焊處與型芯密切貼合，間隙不大于0.05mm；(6)待焊處兩邊的壓塊距焊縫中心距離在3～5mm間；(7)焊縫尺寸留有約10mm長的余量。 1.5焊接過程中對型芯的隨時檢查、修磨及清理 每焊一個冷氣導(dǎo)管，都要小心地用木板敲擊型芯，取出后仔細(xì)檢查與焊縫對應(yīng)處有無燒蝕現(xiàn)象，如有燒損，及時磨平。在裝入新的導(dǎo)管前用丙酮仔細(xì)清理。 1.6聚焦鏡焦距的選取 應(yīng)采用較長焦距的聚焦鏡，目的在于提高焦深。焦深L的表達(dá)式為式中L—焦深，K—光束質(zhì)量系數(shù)，f—聚焦鏡焦距，D—聚焦前的激光束直徑。由(1)式知，焦深與聚焦鏡焦距的平方成正比，焦深增加會使焊接質(zhì)量對焊縫錯邊的敏感性降低，這對薄板的焊接尤為重要。本研究采用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡聚焦，焦距f=200mm。 1.7離焦量 本研究采用正離焦，離焦量 Δf=+5 mm。 1.8激光功率 實驗在德國進(jìn)口的RS850型5 kW CO 2 激光器上進(jìn)行，輸出功率可達(dá)5.5 kW。該激光器具有恒流控制、恒功率控制以及程序自動控制三種運行方式。 該零件最終選用的激光功率為1050W，采用恒功率工作方式。正常情況下功率波動不大于3%。 1.9其它工藝參數(shù)的選定 根據(jù)數(shù)控工作臺的綜合性能，焊接速度選定為2.2m/min，采用He氣保護(hù)，流量為5L/min。 2試驗結(jié)果及分析 結(jié)果表明，焊縫外觀平整，寬度均勻，變形極小，經(jīng)螢光檢查無裂紋，產(chǎn)品合格率達(dá)到90%以上。焊縫抗拉強度可達(dá)到母材的95%以上。 焊縫金相分析表明，焊縫熱影響區(qū)極小，幾乎為零，熔合區(qū)晶粒長大不明顯，這是由于激光焊接加熱集中、熱輸入少、焊接速度快造成的。焊縫熔合區(qū)存在著顯著的結(jié)晶不平衡，結(jié)晶面上形成了深入液相的針狀組織，在針狀組織的橫向出現(xiàn)有短小的二次結(jié)晶。在奧氏體晶粒和晶界處存有彌散、粒狀、黑色的碳化析出物，這些碳化物對位錯移動有阻礙作用，因而可提高材料的強度。 焊縫中心的組織為等軸的奧氏體樹枝晶，這是由于焊縫中心的導(dǎo)熱相對較慢，溫度梯度相對熔合區(qū)來說較小，結(jié)晶速度快，液相中存在較大的過冷度，可在距界面較遠(yuǎn)的液相中形核，形成等軸樹枝晶。 斷口分析表明，斷口屬微孔聚合性斷裂，從斷口形貌可看到大量的韌窩，圖中短而彎曲的白色部分是先期斷裂的撕裂棱，撕裂棱突出部分較小，韌窩淺而不連續(xù)；圖中較大的白色彎曲部分是后期斷裂部分，由于發(fā)生了較大的塑性變形，所以撕裂棱較大且連續(xù)。其原因在于韌窩底部分布著一些塑性較小的碳化物析出相，焊縫受力時，塑性變形首先發(fā)生在包含碳化物的晶粒的邊界，當(dāng)塑性變形達(dá)到一定程度后，在一些部位發(fā)生位錯的塞積，導(dǎo)致微裂紋的形成，繼續(xù)加載時微裂紋擴展并連接起來，直到最終斷裂。 3使用情況 經(jīng)反復(fù)研究與試驗，已成功地焊接了六臺份的前、后冷氣導(dǎo)管。其中二臺份已進(jìn)行了地面試車，前后冷氣導(dǎo)管使用情況良好。 前后冷氣導(dǎo)管CO 2 激光焊接的成功在國內(nèi)航空發(fā)動機類似零件的焊接中尚屬首次，它加速了航空發(fā)動機的研制進(jìn)度。 4結(jié)論 (1)對前后冷氣導(dǎo)管激光焊工裝的設(shè)計要求合理，選定的工藝參數(shù)適當(dāng)。 (2)用連續(xù)CO 2 激光焊接厚度為0.2mm、材質(zhì)為 Inconel 625的前后冷氣導(dǎo)管，焊縫抗拉強度可達(dá)母材的95%以上。 (3)經(jīng)航空發(fā)動機地面試車表明，CO 2 激光焊用于前后冷氣導(dǎo)管焊接是成功的。