航空燃氣渦輪發動機具有較高的推重比，其燃燒室溫度也較高。由火焰筒中產生的高溫氣流噴出后進入導向葉片內，安裝于導向葉片內的前后冷氣導管的作用是進行冷卻，調節葉片腔內的溫度? ＠淦脊苣諂饔卸趿鞫肪叮皇茄氐脊苤嵯蛄鞒觶峭ü鼙諫系男】琢饗蛞鍍哪誶弧Ｏ勻唬淦脊艸惺苷帕臀露扔αΑ? 冷氣導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，焊后必須滿足與導向葉片內腔的型腔配合，因而要求變形? ? 對該零件，廠方曾列為攻關課題，采用多種焊接方法進行試驗，均不能達到技術要求，最后決定廠、校聯合，采用激光焊接進行難題攻關。 1試驗方案設計 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)成型后進行電火花線切割時，應保證電極絲沿與冷氣導管待切面的法線一致的方向切入。 1.2型芯的制作 在數控銑床上加工紫銅型芯，前、后冷氣導管型芯各一組。 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 每焊一個冷氣導管，都要小心地用木板敲擊型芯，取出后仔細檢查與焊縫對應處有無燒蝕現象，如有燒損，及時磨平。在裝入新的導管前用丙酮仔細清理。 1.6聚焦鏡焦距的選取 應采用較長焦距的聚焦鏡，目的在于提高焦深。焦深L的表達式為式中L—焦深，K—光束質量系數，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 實驗在德國進口的RS850型5 kW CO 2 激光器上進行，輸出功率可達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其它工藝參數的選定 根據數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，流量為5L/min。 2試驗結果及分析 結果表明，焊縫外觀平整，寬度均勻，變形極小，經螢光檢查無裂紋，產品合格率達到90%以上。焊縫抗拉強度可達到母材的95%以上。 焊縫金相分析表明，焊縫熱影響區極小，幾乎為零，熔合區晶粒長大不明顯，這是由于激光焊接加熱集中、熱輸入少、焊接速度快造成的。焊縫熔合區存在著顯著的結晶不平衡，結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有短小的二次結晶。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熱相對較慢，溫度梯度相對熔合區來說較小，結晶速度快，液相中存在較大的過冷度，可在距界面較遠的液相中形核，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；圖中較大的白色彎曲部分是后期斷裂部分，由于發生了較大的塑性變形，所以撕裂棱較大且連續。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，塑性變形首先發生在包含碳化物的晶粒的邊界，當塑性變形達到一定程度后，在一些部位發生位錯的塞積，導致微裂紋的形成，繼續加載時微裂紋擴展并連接起來，直到最終斷裂。 3使用情況 經反復研究與試驗，已成功地焊接了六臺份的前、后冷氣導管。其中二臺份已進行了地面試車，前后冷氣導管使用情況良好。 前后冷氣導管CO 2 激光焊接的成功在國內航空發動機類似零件的焊接中尚屬首次，它加速了航空發動機的研制進度。 4結論 (1)對前后冷氣導管激光焊工裝的設計要求合理，選定的工藝參數適當。 (2)用連續CO 2 激光焊接厚度為0.2mm、材質為 Inconel 625的前后冷氣導管，焊縫抗拉強度可達母材的95%以上。 (3)經航空發動機地面試車表明，CO 2 激光焊用于前后冷氣導管焊接是成功的。