孔兆財 王 賀 馬麗翠 鄒鶴飛 高鳳林

（首都航天機(jī)械公司，北京 100076）

GH4169與30CrMnSiA異種金屬焊接工藝研究

孔兆財 王 賀 馬麗翠 鄒鶴飛 高鳳林

（首都航天機(jī)械公司，北京 100076）

針對GH4169與30CrMnSiA的焊接，開展了焊接材料、焊接參數(shù)的工藝研究，并基于力學(xué)性能、微觀組織以及產(chǎn)品的試驗結(jié)果，提出了合理的焊接工藝及檢測方法，實現(xiàn)了產(chǎn)品的生產(chǎn)。

GH4169；30CrMnSiA；異種金屬；焊接工藝

1 引言

GH4169合金是一種以體心立方γ″和面心立方γ′沉淀強(qiáng)化的鐵-鎳-鉻高溫合金，具有強(qiáng)度高、抗氧化、抗輻射、較高的高溫強(qiáng)度等特點，在-253～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，成為現(xiàn)代航天、航空及核能等領(lǐng)域大量應(yīng)用的關(guān)鍵材料，但其硬度高、塑性韌性差，焊接難度較大，易出現(xiàn)焊接裂紋、焊接應(yīng)力集中以及焊接變形等。而30CrMnSiA高強(qiáng)鋼為中碳調(diào)制鋼，具有高強(qiáng)度和較好的加工性能，但焊接性能較差，焊接過程中容易出現(xiàn)氣孔、冷熱裂紋等缺陷。

為充分利用GH4169和30CrMnSiA兩種材料的特性，某型號火箭氫氧發(fā)動機(jī)需采用焊接工藝實現(xiàn)GH4169與30CrMnSiA材料的焊接。鑒于兩種材料自身的焊接裂紋敏感性以及異種金屬材料的焊接難點，針對圖1結(jié)構(gòu)開展焊接工藝研究和分析。

2 試驗材料及方法

表1 GH4169的化學(xué)成分 %

表2 GH4169的力學(xué)性能（室溫）

表3 30CrMnSiA的化學(xué)成分 %

表4 30CrMnSiA的機(jī)械性能（室溫）

本試驗中GH4169為固溶時效，其化學(xué)成分和機(jī)械性能分別見表1和表2。而30CrMnSiA經(jīng)調(diào)制，且為管狀，其化學(xué)成分見表3，機(jī)械性能見表4。

根據(jù)材料的焊接性和已知焊接材料體系，選用三種焊接材料進(jìn)行工藝性能試驗，分別為Ni625焊條、Ni818焊條和HGH4169焊絲，其焊接機(jī)械性能見表5，熔敷金屬化學(xué)成分見表6，焊接參數(shù)見表7。

表5 三種焊接材料的機(jī)械性能

表6 三種焊接材料的熔敷金屬化學(xué)成分 %

表7 三種焊接材料的焊接參數(shù)

焊前GH4169經(jīng)酸洗，使用miller350氬弧焊機(jī)和匯眾400電焊機(jī)完成焊接，采用電火花線切割法在焊接接頭取金相試樣，并依據(jù)要求焊接拉伸試件，金相試驗使用金剛石研磨膏拋光，然后進(jìn)行顯微組織觀察。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 力學(xué)性能

采用焊接試板焊接后，選用的三種焊接材料對應(yīng)的焊縫外觀均符合QJ1842—95Ⅰ級焊縫要求；進(jìn)一步進(jìn)行X光無損檢測，其焊縫內(nèi)部無缺陷。力學(xué)性能測試結(jié)果見表8，宏觀檢查焊接拉伸試件發(fā)現(xiàn)，三種試件拉伸后斷裂均在焊縫處，呈脆性斷裂。對焊接接頭進(jìn)行金相組織分析，如圖2所示，焊縫內(nèi)部并無微觀缺陷。

表8 三種焊接材料焊接接頭的力學(xué)性能

3.2 正式產(chǎn)品焊接

基于表8，盡管采用HGH4169焊絲焊接后對應(yīng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最高，但由于正式產(chǎn)品為管狀與板狀搭接，焊腳高度5mm，熔敷量大，不適合采用焊絲焊接。因此，正式產(chǎn)品選用強(qiáng)度中等的Ni625焊條焊接，在保證焊接質(zhì)量的同時保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

焊前對1∶1的拉桿和接頭的模擬件GH4169接頭進(jìn)行了固溶時效處理，采用Ni625焊條手工電弧焊焊接，焊接電流為I=110～130A，焊后進(jìn)行拉伸試驗，斷裂處均為拉桿母材處，其拉伸過程見圖3，焊縫的整體形貌見圖4。

推力室氫氧泵支架拉桿和接頭是搭接結(jié)構(gòu)，焊縫較長，焊縫所承受的應(yīng)力較小，整個泵支架最薄弱點為拉桿橫截面最小處，如圖5所示。共焊接了兩件1∶1模擬件，拉斷力分別為243.04kN和234.89kN?？梢缘贸觯篘i625焊條滿足推力室氫氧泵支架GH4169和30CrMnSiA焊接使用要求。根據(jù)試驗結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)了推力室產(chǎn)品，產(chǎn)品通過了試車考核和飛行試驗。

4 結(jié)束語

基于工藝試驗，高溫合金GH4169與30CrMnSiA異種材料的焊接，其焊接材料選用Ni625焊條，焊縫經(jīng)過吹砂煤油試驗，產(chǎn)品性能指標(biāo)及無損檢測結(jié)果符合使用要求。

1 周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993

2 陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對策[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997

3 姜煥中.電弧焊及電渣焊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

4 鄧景云.電鑄鎳與不銹鋼焊接接頭力學(xué)性能的研究[J].宇航材料工藝，1991(1)：46～50

Study on Welding Process of Dissimilar Metal between GH4169 and 30CrMnSiA

Kong ZhaocaiWang He Ma LicuiZou HefeiGao Fenglin
(CapitalAerospace Machinery Company,Beijing 100076)

Aiming at the welding process between GH4169 and 30CrMnSiA,the welding materials and welding parameters were studied in this paper.Based on the research results about mechanical properties,microstucture and the product,the reasonable welding process and the detection method have been presented,which have beent applied on the product.

GH4169；30CrMnSiA；dissimilar metal；welding process

孔兆財(1978-)，高級工程師，焊接專業(yè)；研究方向：氫氧發(fā)動機(jī)制造。

2017-02-14