Soldadura de superaliaxes
(1) Características da soldadura As superaliaxes pódense dividir en tres categorías: a base de níquel, a base de ferro e a base de cobalto. Teñen boas propiedades mecánicas, resistencia á oxidación e á corrosión a altas temperaturas. A aliaxe a base de níquel é a máis utilizada na produción práctica.
A superligación contén máis Cr e, durante o quecemento, fórmase na superficie unha película de óxido de Cr2O3 que é difícil de eliminar. As superligacións a base de níquel conteñen Al e Ti, que son fáciles de oxidar cando se quentan. Polo tanto, o principal problema durante a soldadura é previr ou reducir a oxidación das superligacións durante o quecemento e eliminar a película de óxido. Dado que o bórax ou o ácido bórico no fluxo poden causar corrosión do metal base á temperatura de soldadura, o boro precipitado despois da reacción pode penetrar no metal base, o que resulta nunha infiltración intergranular. Para as aliaxes a base de níquel fundidas con alto contido de Al e Ti, o grao de baleiro en estado quente non debe ser inferior a 10-2 ~ 10-3pa durante a soldadura para evitar a oxidación na superficie da aliaxe durante o quecemento.
Para aliaxes de níquel reforzadas por solución e por precipitación, a temperatura de soldadura debe ser consistente coa temperatura de quecemento do tratamento en solución para garantir a disolución completa dos elementos da aliaxe. A temperatura de soldadura é demasiado baixa e os elementos da aliaxe non se poden disolver completamente; se a temperatura de soldadura é demasiado alta, o gran do metal base crecerá e as propiedades do material non se restaurarán mesmo despois do tratamento térmico. A temperatura de solución sólida das aliaxes de base fundidas é alta, o que xeralmente non afectará as propiedades do material debido a unha temperatura de soldadura demasiado alta.
Algunhas superaliaxes a base de níquel, especialmente as aliaxes reforzadas por precipitación, tenden a sufrir fisuras por tensión. Antes da soldadura, a tensión formada no proceso debe eliminarse completamente e a tensión térmica debe minimizarse durante a soldadura.
(2) O material de soldadura de aliaxe a base de níquel pode soldarse con base de prata, cobre puro, base de níquel e soldadura activa. Cando a temperatura de traballo da unión non é alta, pódense usar materiais a base de prata. Hai moitos tipos de soldaduras a base de prata. Para reducir a tensión interna durante o quecemento da soldadura, é mellor elixir a soldadura con baixa temperatura de fusión. O fluxo Fb101 pódese usar para a soldadura con metal de recheo a base de prata. O fluxo Fb102 úsase para a soldadura de superaliaxes reforzadas por precipitación co maior contido de aluminio, e engádese un 10 % ~ 20 % de silicato de sodio ou fluxo de aluminio (como fb201). Cando a temperatura de soldadura supera os 900 ℃, débese seleccionar o fluxo fb105.
Ao soldar en baleiro ou en atmosfera protectora, pódese usar cobre puro como metal de aporte para a soldadura. A temperatura de soldadura é de 1100 ~ 1150 ℃ e a unión non producirá fisuras por tensión, pero a temperatura de traballo non debe superar os 400 ℃.
O metal de recheo para soldadura a base de níquel é o metal de recheo para soldadura máis empregado en superaliaxes debido ao seu bo rendemento a altas temperaturas e á ausencia de fisuras por tensión durante a soldadura. Os principais elementos de aliaxe na soldadura a base de níquel son Cr, Si, B, e unha pequena cantidade de soldadura tamén contén Fe, W, etc. En comparación co ni-cr-si-b, o metal de recheo para soldadura b-ni68crwb pode reducir a infiltración intergranular de B no metal base e aumentar o intervalo de temperatura de fusión. É un metal de recheo para soldadura para pezas de traballo a alta temperatura e palas de turbinas. Non obstante, a fluidez da soldadura que contén W empeora e o espazo entre as unións é difícil de controlar.
O metal de recheo para soldadura por difusión activa non contén elemento Si e ten unha excelente resistencia á oxidación e á vulcanización. A temperatura de soldadura pódese seleccionar entre 1150 ℃ e 1218 ℃ segundo o tipo de soldadura. Despois da soldadura, pódese obter unha unión soldada coas mesmas propiedades que o metal base despois dun tratamento de difusión a 1066 ℃.
(3) O proceso de soldadura da aliaxe de base de níquel pode adoptar a soldadura en forno de atmosfera protectora, a soldadura ao baleiro e a conexión transitoria en fase líquida. Antes da soldadura, a superficie debe ser desengraxada e o óxido eliminado mediante pulido con lixa, pulido con disco de feltro, fregado con acetona e limpeza química. Ao seleccionar os parámetros do proceso de soldadura, débese ter en conta que a temperatura de quecemento non debe ser demasiado alta e o tempo de soldadura debe ser curto para evitar unha forte reacción química entre o fluxo e o metal base. Para evitar que o metal base se rache, as pezas procesadas en frío deben ser aliviadas de tensión antes da soldadura, e o quecemento da soldadura debe ser o máis uniforme posible. Para as superaliaxes reforzadas por precipitación, as pezas deben ser sometidas primeiro a un tratamento de solución sólida, despois soldadas a unha temperatura lixeiramente superior ao tratamento de fortalecemento do envellecemento e, finalmente, a un tratamento de envellecemento.
1) Soldadura en forno de atmosfera protectora A soldadura en forno de atmosfera protectora require unha alta pureza de gas de protección. Para superaliaxes con w (AL) e w (TI) inferior ao 0,5 %, o punto de orballo debe ser inferior a -54 ℃ cando se usa hidróxeno ou argon. Cando o contido de Al e Ti aumenta, a superficie da aliaxe aínda se oxida ao quentarse. Débense tomar as seguintes medidas: engadir unha pequena cantidade de fluxo (como fb105) e eliminar a película de óxido con fluxo; aplicar un revestimento de 0,025 ~ 0,038 mm de espesor na superficie das pezas; pulverizar previamente a soldadura na superficie do material a soldar; engadir unha pequena cantidade de fluxo de gas, como trifluoruro de boro.
2) Soldadura ao baleiro A soldadura ao baleiro úsase amplamente para obter un mellor efecto de protección e calidade de soldadura. Véxase a táboa 15 para as propiedades mecánicas das unións típicas de superaliaxes a base de níquel. Para superaliaxes con w (AL) e w (TI) inferiores ao 4 %, é mellor galvanizar unha capa de níquel de 0,01 a 0,015 mm na superficie, aínda que a humectación da soldadura pódese garantir sen un tratamento previo especial. Cando w (AL) e w (TI) superan o 4 %, o grosor do revestimento de níquel debe ser de 0,020,03 mm. Un revestimento demasiado fino non ten efecto protector e un revestimento demasiado groso reducirá a resistencia da unión. As pezas que se van soldar tamén se poden colocar na caixa para a soldadura ao baleiro. A caixa debe encherse con getter. Por exemplo, o Zr absorbe gas a alta temperatura, o que pode formar un baleiro local na caixa, evitando así a oxidación da superficie da aliaxe.
Táboa 15 propiedades mecánicas das unións soldadas ao baleiro de superaliaxes típicas a base de níquel
A microestrutura e a resistencia da unión soldada de superaliaxe cambian coa fenda de soldadura, e o tratamento de difusión despois da soldadura aumentará aínda máis o valor máximo admisible da fenda da unión. Tomando a aliaxe de Inconel como exemplo, a fenda máxima da unión de Inconel soldada con b-ni82crsib pode alcanzar os 90 um despois do tratamento de difusión a 1000 ℃ durante 1H; Non obstante, para as unións soldadas con b-ni71crsib, a fenda máxima é duns 50 um despois do tratamento de difusión a 1000 ℃ durante 1H.
3) Conexión en fase líquida transitoria A conexión en fase líquida transitoria utiliza a aliaxe intercalada (duns 2,5 ~ 100 um de espesor) cuxo punto de fusión é inferior ao do metal base como metal de aporte. Baixo unha pequena presión (0 ~ 0,007 mpa) e unha temperatura axeitada (1100 ~ 1250 ℃), o material intercalado primeiro funde e humedece o metal base. Debido á rápida difusión dos elementos, prodúcese unha solidificación isotérmica na unión para formar a unión. Este método reduce en gran medida os requisitos de coincidencia da superficie do metal base e reduce a presión de soldadura. Os principais parámetros da conexión en fase líquida transitoria son a presión, a temperatura, o tempo de mantemento e a composición da intercalada. Aplique menos presión para manter a superficie de contacto da soldadura en bo contacto. A temperatura e o tempo de quecemento teñen un grande impacto no rendemento da unión. Se se require que a unión sexa tan resistente como o metal base e non afecte o rendemento do metal base, adoptaranse os parámetros do proceso de conexión de alta temperatura (como ≥ 1150 ℃) e longo tempo (como 8 ~ 24 h); se a calidade da conexión da unión se reduce ou o metal base non pode soportar altas temperaturas, usarase unha temperatura máis baixa (1100 ~ 1150 ℃) e un tempo máis curto (1 ~ 8 h). A capa intermedia tomará a composición do metal base conectado como composición básica e engadirá diferentes elementos de refrixeración, como B, Si, Mn, Nb, etc. Por exemplo, a composición da aliaxe Udimet é ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, e a composición da capa intermedia para a conexión en fase líquida transitoria é b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Todos estes elementos poden reducir a temperatura de fusión das aliaxes de NiCr ou NiCrCo ao mínimo, pero o efecto de B é o máis obvio. Ademais, a alta taxa de difusión de B pode homoxeneizar rapidamente a aliaxe intercapa e o metal base.
Data de publicación: 13 de xuño de 2022