[01210193]航空发动机热端镍基高温合金结构件焊接技术开发及工程应用

镍基高温合金的高温力学性能优异、组织稳定性好、抗腐蚀性能突出,被广泛用于制造航空发动机热端承力结构件。发动机热端镍基高温合金部件的结构复杂,需要采用焊接技术制造,但是,热端部件的服役条件恶劣,对焊接接头的质量要求极高,且镍基高温合金的合金化程度大、焊接性差难以获得优质的焊接接头。项目针对航空发动机不同服役温度的热端部件用镍基高温合金焊接制造技术开展基础理论、关键工艺技术和专用装备的研究开发。 1、 阐明了镍基铸造多晶高温合金焊接热影响区时效应变裂纹形成机制,发明了焊接时效应变裂纹控制技术,开发了焊后热处理过程中裂纹原位观察专用装备。通过优化焊接工艺,将新型镍基铸造高温合金850的焊接接头残余应力由712MPa降低至299MPa,下降了58%。通过优化焊后热处理工艺,将新型镍基铸造高温合金850的焊接热影响区时效应变裂纹最大裂纹长度从超过1000μm降低至100μm,减小了90%。 2、 揭示了镍基单晶高温合金焊缝凝固裂纹形成机制,发明了梯度过渡层熔化焊接技术和液相辅助固相扩散焊接技术,实现了难焊接镍基铸造高温合金的优质焊接。获得了IC10单晶合金同种及IC10/GH3039异种材料无裂纹焊接接头;DD407镍基单晶高温合金的表面液化最大宽度达到了65.7μm,简化了焊前清理环节、降低了焊接过程中的保温时间,接头的最大抗拉强度达847MPa,达到了DD407镍基单晶合金母材的强度的90%。 3、 阐明了焊接过程对新型3D打印态高温合金焊接接头的微观组织、力学性能及缺陷形成和复杂结构适应性的影响规律,研发了新型3D打印态高温合金的焊接制造技术,实现了3D打印GH3625合金的优质焊接,电子束焊接接头拉伸强度达800MPa,激光焊接接头强度最大达到了879MPa,分别占3D打印GH3625合金母材的强度的91%和99.6%; 4、 阐明了热量累积对极端尺度结构件焊接缺陷的形成机制,发明了超薄镍基高温合金“活性剂-激光微焊接”新技术,开发了超细丝材与超薄板材焊接专用装备。相同焊接工艺条件下,涂覆了优化后的活性剂的最大焊缝熔深达到了0.34mm,比传统焊接工艺下的0.15mm提高了2倍以上。实现了超细直径丝材与超薄板材之间的优质T形连接,接头断裂模式为沿着板材热影响区的纽扣形断裂,接头最大抗拉力达到了144N。 项目成果应用于航空发动机热端镍基高温合金结构件的焊接制造。申请专利14项,已经获得授权发明专利8项,实用新型专利7项,牵头制定中国焊接协会团体标准2项,获批软件著作权3项。在国内外核心期刊发表论文30余篇,其中SCI收录15篇,EI收录论文7篇。关键技术在中国航发长江动力有限公司、湖北三江航天红阳机电有限公司、南昌旭锋焊割设备有限公司应用以来,近三年,年均新增销售额7156.3万元,年均新增利润约1717.52万元。项目技术自应用以来,累计销售额超3亿元,获得了可观的经济效益。