第四章 先进高温合金的连接.pptVIP

1. 高温合金概念 高温合金：以Fe、Ni或Co为基，为在承受较大的机械应力和要求具有良好表面稳定性的环境下进行高温服役而研制的一类合金，一般要求能在600~1200℃的高温下抗氧化或腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作。 先进高温合金：进一步提高合金的工作温度和综合性能。 组织特点： 高温合金为单一（奥氏体）基体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性。 涡轮喷气发动机内部示意图 1—压气机；2—燃烧室；3—涡轮发动机 国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图 镍基高温合金主要特点： 1、高温强度高：镍基高温合金中的强化相?’数量可高达60-70%（体积百分数），因而强化效果显著。 2、组织稳定性高：FCC基体，不易产生有害相，?’数量大(可高达70%)且与基体共格性好，性能对尺寸的影响不敏感。 3、合金化程度高：含有Cr、 Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、Al、Ti等十多种元素。起固溶强化、第二相强化、晶界强化等综合强化作用。 4、耐蚀性好：耐中性、酸性、碱性、氧化及还原介质的腐蚀。耐高温腐蚀和氧化。 5、铸造镍基高温合金可进一步提高合金化程度，从而具有更高的高温强度。镍基高温合金的使用温度已接近1100℃。 （2）第二相强化 除少量合金用碳化物强化外，高温合金的主要强化相是?’[Ni3(AlTi)]，某些高温合金用?’’[Ni3(NbTa)]强化，主要强化元素是Al、Ti、Nb、Ta。析出第二相的强化效果与第二相的本质(种类、晶体结构、成分及其与基体的配合程度)、大小、数量和稳定性密切相关。 获得方法：时效析出弥散相、加入难熔弥散相 （3）晶界强化 高温下，晶界参与变形，因而是弱化部位。 合金化：主要晶界强化元素有B、Zr、Hf、Ce、La、Mg等，它们的作用主要是降低晶界能量和净化晶界。 (1)电子束焊接发展简史 (2) 电子束焊接的基本特征 高速电子流轰击工件表面时，被轰击的表层温度可达104℃，表层金属迅速被熔化，并伴随液态金属蒸发，产生小孔效应。材料表面蒸发走的原子的反作用力力图使液态金属表面压凹，随着电子束功率密度增加，金属蒸气量增多，液面被压凹的程度也越大，形成一个通道。电子束经过通道轰击底部待熔金属，使通道逐步向纵深发展。 ②电子束焊接分类、特点及应用 (2) 按真空度不同 (4) 按功率不同 电子束焊接特点 a．加热功率密度大。焊接用电子束电流为几十到几百毫安，最大可达l000mA以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子束功率从几十千瓦到100kw以上，而电子束焦点直径小于1mm。故电子束焦点处的功率密度可达103~105Kw/cm2，比普通电弧功率密度高100—1000倍。 b．焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊的深宽比很难超过2，电子束焊的深度比在50以上。电子束焊比电弧焊可节约大量填充金属和电能，可实现高深宽比的焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1~300mm厚度的不锈钢板。 a.需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制（非真空环境的电子束焊，是重要的研究方向）； b.由于真空室的存在，抽真空成为影响循环时间的主要障碍（目前用于齿轮焊接的单台电子束设备循环时间很难做到60s以内）； c.有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前去磁处理； d.X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护； d.对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁的要求也较高。 目前全世界约有8000台电子束焊机在工业部门及实验室中应用。 乌克兰国家科学院巴顿电焊所  前苏联唯一的焊接科学与工程的研发单位 真空电子焊接分部是巴顿电焊所主要的骨干部门之一，为前苏联、中国、东欧、日本、美国、德国、英国、韩国的航空航天、机械及汽车制造、仪器仪表等行业总共生产了800台以上真空电子束焊接系统和整套装备，领先开发了合金钢、铝合金、钛合金、铜合金等多种材料焊深从0.1到400mm直线及空间曲线焊缝的真空电子束焊缝工艺 真空电子束焊的应用 (4)电子束焊机结构原理及电子束焊接过程控制 ①电子枪 电子枪具有静电和电磁二部分。 静电部分由阴极、聚束极和阳极(又名加速极) 组成，称为静电透镜。 电子枪的电磁部分主要由聚焦线圈与偏转线圈组成，一般称聚焦线圈为磁透镜。 ②电源系统 阴极加热电源 聚束控制电源 阳极高压主电源 聚焦电源 偏转电源 焊件驱动电源 ③真空系统 电子枪真空抽气系统 焊接室真空抽气系统 (