Soldadura fuerte de superaleaciones

Soldadura fuerte de superaleaciones

(1) Las superaleaciones con características de soldadura fuerte se pueden dividir en tres categorías: base de níquel, base de hierro y base de cobalto.Tienen buenas propiedades mecánicas, resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión a altas temperaturas.La aleación a base de níquel es la más utilizada en la producción práctica.

La superaleación contiene más Cr, y durante el calentamiento se forma en la superficie una película de óxido de Cr2O3 que es difícil de eliminar.Las superaleaciones a base de níquel contienen Al y Ti, que son fáciles de oxidar cuando se calientan.Por lo tanto, prevenir o reducir la oxidación de las superaleaciones durante el calentamiento y eliminar la película de óxido es el principal problema durante la soldadura fuerte.Dado que el bórax o el ácido bórico en el fundente pueden provocar la corrosión del metal base a la temperatura de soldadura fuerte, el boro precipitado después de la reacción puede penetrar en el metal base y provocar una infiltración intergranular.Para aleaciones a base de níquel fundido con altos contenidos de Al y Ti, el grado de vacío en estado caliente no debe ser inferior a 10-2 ~ 10-3pa durante la soldadura fuerte para evitar la oxidación en la superficie de la aleación durante el calentamiento.

Para las aleaciones de base de níquel reforzadas por solución y por precipitación, la temperatura de soldadura fuerte debe ser consistente con la temperatura de calentamiento del tratamiento de solución para asegurar la disolución completa de los elementos de la aleación.La temperatura de soldadura fuerte es demasiado baja y los elementos de aleación no se pueden disolver por completo;Si la temperatura de soldadura fuerte es demasiado alta, el grano del metal base crecerá y las propiedades del material no se restaurarán incluso después del tratamiento térmico.La temperatura de la solución sólida de las aleaciones base fundidas es alta, lo que generalmente no afectará las propiedades del material debido a una temperatura de soldadura fuerte demasiado alta.

Algunas superaleaciones a base de níquel, especialmente las aleaciones reforzadas por precipitación, tienen tendencia a agrietarse por tensión.Antes de la soldadura fuerte, la tensión formada en el proceso debe eliminarse por completo y la tensión térmica debe minimizarse durante la soldadura fuerte.

(2) El material de soldadura fuerte de aleación con base de níquel se puede soldar con base de plata, cobre puro, base de níquel y soldadura activa.Cuando la temperatura de trabajo de la junta no es alta, se pueden utilizar materiales a base de plata.Hay muchos tipos de soldaduras a base de plata.Para reducir la tensión interna durante el calentamiento de la soldadura fuerte, es mejor elegir la soldadura con baja temperatura de fusión.El fundente Fb101 se puede usar para soldar con metal de aporte base plata.El fundente Fb102 se utiliza para soldar superaleaciones reforzadas por precipitación con el mayor contenido de aluminio, y se agrega 10 % ~ 20 % de silicato de sodio o fundente de aluminio (como fb201).Cuando la temperatura de soldadura fuerte supere los 900 ℃, se seleccionará el fundente fb105.

Cuando se suelda al vacío o en una atmósfera protectora, se puede usar cobre puro como metal de aporte para la soldadura fuerte.La temperatura de soldadura fuerte es de 1100 ~ 1150 ℃, y la junta no producirá grietas por tensión, pero la temperatura de trabajo no deberá exceder los 400 ℃.

El metal de aporte para soldadura fuerte con base de níquel es el metal de aporte para soldadura fuerte más utilizado en las Superaleaciones debido a su buen rendimiento a altas temperaturas y la ausencia de grietas por tensión durante la soldadura fuerte.Los principales elementos de aleación en la soldadura a base de níquel son Cr, Si, B, y una pequeña cantidad de soldadura también contiene Fe, W, etc. En comparación con ni-cr-si-b, el metal de aporte de soldadura fuerte b-ni68crwb puede reducir la infiltración intergranular. de B en el metal base y aumentar el intervalo de temperatura de fusión.Es un metal de aporte para soldadura fuerte para soldar piezas de trabajo a alta temperatura y álabes de turbina.Sin embargo, la fluidez de la soldadura que contiene W empeora y el espacio de unión es difícil de controlar.

El metal de aporte para soldadura fuerte por difusión activa no contiene elemento Si y tiene una excelente resistencia a la oxidación y resistencia a la vulcanización.La temperatura de soldadura fuerte se puede seleccionar entre 1150 ℃ y 1218 ℃ según el tipo de soldadura.Después de la soldadura fuerte, la unión soldada con las mismas propiedades que el metal base se puede obtener después de un tratamiento de difusión de 1066 ℃.

(3) La aleación de base de níquel del proceso de soldadura fuerte puede adoptar la soldadura fuerte en un horno de atmósfera protectora, la soldadura fuerte al vacío y la conexión de fase líquida transitoria.Antes de soldar, se debe desengrasar la superficie y eliminar el óxido mediante pulido con papel de lija, pulido con rueda de fieltro, lavado con acetona y limpieza química.Al seleccionar los parámetros del proceso de soldadura fuerte, debe tenerse en cuenta que la temperatura de calentamiento no debe ser demasiado alta y el tiempo de soldadura debe ser corto para evitar una fuerte reacción química entre el fundente y el metal base.Para evitar que el metal base se agriete, las piezas procesadas en frío se aliviarán antes de soldar y el calentamiento de la soldadura será lo más uniforme posible.En el caso de las superaleaciones reforzadas por precipitación, las piezas se someterán primero a un tratamiento de solución sólida, luego se soldarán a una temperatura ligeramente superior a la del tratamiento de refuerzo por envejecimiento y finalmente se someterán a un tratamiento de envejecimiento.

1) Soldadura fuerte en horno con atmósfera protectora La soldadura fuerte en horno con atmósfera protectora requiere una alta pureza del gas de protección.Para superaleaciones con w (AL) y w (TI) inferior al 0,5 %, el punto de rocío será inferior a -54 ℃ cuando se utilice hidrógeno o argón.Cuando aumenta el contenido de Al y Ti, la superficie de la aleación todavía se oxida cuando se calienta.Se deben tomar las siguientes medidas;Agregue una pequeña cantidad de fundente (como fb105) y retire la película de óxido con fundente;El revestimiento de 0,025 ~ 0,038 mm de espesor está chapado en la superficie de las piezas;Rocíe la soldadura sobre la superficie del material a soldar con anticipación;Agregue una pequeña cantidad de fundente de gas, como trifluoruro de boro.

2) Soldadura fuerte al vacío La soldadura fuerte al vacío se usa ampliamente para obtener un mejor efecto de protección y calidad de soldadura fuerte.Consulte la tabla 15 para ver las propiedades mecánicas de las juntas típicas de superaleaciones a base de níquel.Para superaleaciones con w (AL) y w (TI) inferior al 4 %, es mejor galvanizar una capa de 0,01 ~ 0,015 mm de níquel en la superficie, aunque se puede garantizar la humectación de la soldadura sin un tratamiento previo especial.Cuando w (AL) y w (TI) superen el 4 %, el espesor del recubrimiento de níquel será de 0,020,03 mm.Un recubrimiento demasiado delgado no tiene efecto protector y un recubrimiento demasiado grueso reducirá la resistencia de la unión.Las piezas a soldar también se pueden colocar en la caja para soldadura fuerte al vacío.La caja debe llenarse con getter.Por ejemplo, Zr absorbe gas a alta temperatura, lo que puede formar un vacío local en la caja, evitando así la oxidación de la superficie de la aleación.

Tabla 15 Propiedades mecánicas de juntas soldadas al vacío de superaleaciones típicas a base de níquel

La microestructura y la resistencia de la junta soldada de Superalloy cambian con el espacio de soldadura, y el tratamiento de difusión después de la soldadura aumentará aún más el valor máximo permitido del espacio de la junta.Tomando la aleación de Inconel como ejemplo, el espacio máximo de la junta de Inconel soldada con b-ni82crsib puede alcanzar los 90 um después del tratamiento de difusión a 1000 ℃ por 1H;Sin embargo, para las uniones soldadas con b-ni71crsib, el espacio máximo es de aproximadamente 50 um después del tratamiento de difusión a 1000 ℃ durante 1H.

3) Conexión de fase líquida transitoria La conexión de fase líquida transitoria utiliza la aleación de capa intermedia (alrededor de 2,5 ~ 100 um de espesor) cuyo punto de fusión es más bajo que el metal base como metal de relleno.Bajo una pequeña presión (0 ~ 0.007mpa) y una temperatura adecuada (1100 ~ 1250 ℃), el material de la capa intermedia primero se derrite y humedece el metal base.Debido a la rápida difusión de los elementos, se produce una solidificación isotérmica en la junta para formar la junta.Este método reduce en gran medida los requisitos de coincidencia de la superficie del metal base y reduce la presión de soldadura.Los parámetros principales de la conexión de la fase líquida transitoria son la presión, la temperatura, el tiempo de retención y la composición de la capa intermedia.Aplique menos presión para mantener la superficie de contacto de la soldadura en buen contacto.La temperatura y el tiempo de calentamiento tienen un gran impacto en el rendimiento de la junta.Si se requiere que la junta sea tan fuerte como el metal base y no afecta el rendimiento del metal base, los parámetros del proceso de conexión de alta temperatura (como ≥ 1150 ℃) y tiempo prolongado (como 8 ~ 24 h) deben ser adoptado;Si la calidad de la conexión de la junta se reduce o el metal base no puede soportar altas temperaturas, se debe usar una temperatura más baja (1100 ~ 1150 ℃) y un tiempo más corto (1 ~ 8 h).La capa intermedia tomará la composición del metal base conectado como composición básica y agregará diferentes elementos de enfriamiento, como B, Si, Mn, Nb, etc. Por ejemplo, la composición de la aleación Udimet es ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, y la composición de la capa intermedia para la conexión de fase líquida transitoria es b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Todos estos elementos pueden reducir al mínimo la temperatura de fusión de las aleaciones de Ni Cr o Ni Cr Co, pero el efecto de B es el más evidente.Además, la alta tasa de difusión de B puede homogeneizar rápidamente la aleación de la capa intermedia y el metal base.