■ 趙華衛(wèi)，張志霄

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表1 激光清洗工藝參數(shù)

圖1 GH4169合金不同清洗工藝表面

1. 概述

目前，航空工業(yè)中，GH4169合金零件真空電子束焊前清理主要靠人工清理，人工清理有勞動強度大、清理一致性差等缺點，很難保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。激光清理是近幾十年發(fā)展起來的一種新型清理工藝，隨著技術的日趨成熟，激光清洗在工業(yè)制造中的應用越來越廣泛。不同于傳統(tǒng)的清理工藝，激光清理是一種高效快捷、非接觸式、無清洗介質(zhì)的綠色環(huán)保的清理技術。

2. 激光清理試驗

因目前實際生產(chǎn)中GH4169合金焊前的清洗方法為丙酮清洗，為此本次試驗主要進行激光清洗與丙酮清洗效果的對比。試驗中GH4169合金激光清洗參數(shù)如表1所示。

（1）清洗試樣宏觀對比 圖1為GH4169合金不同清洗工藝表面，從圖1可以看出，激光清洗后材料表面油污、氧化皮等已完全去除，露出金屬材料本來顏色，宏觀觀察激光清洗效果要明顯優(yōu)于丙酮清洗。

（2）清洗試樣SEM結果 從圖2a可以看出，未清洗前GH4169合金表面存在黑色氧化物及較多顆粒狀不明雜質(zhì)；丙酮清洗后材料表面顆粒狀不明雜質(zhì)基本可以完全去除，但是依然有較多黑色物質(zhì)殘留在材料表面，材料表面形貌不均勻，如圖2b所示。激光清洗可以將材料表面的黑色氧化物及顆粒狀不明雜質(zhì)徹底清除，如圖2c所示。激光清洗后材料表面紋理清晰，紋理間無雜質(zhì)殘留，材料表面形貌一致。結果表明，無論是宏觀形貌還是微觀檢測均可明顯看出激光清洗工藝可將GH4169合金表層雜質(zhì)完全去除，清洗效果明顯優(yōu)于丙酮清洗。

（3）清洗試樣EDX結果 為分析不同工藝清洗后GH4169鎳基高溫合金表面元素種類及元素含量的變化，對基材本身、未清洗表面及不同工藝處理前后材料表面進行了能譜分析。

從圖3a可以看出，打磨基材表面有輕微的沿打磨方向的劃痕，打磨后材料表面露出明顯的金屬光澤。能譜分析表明，GH4169高溫合金材料本身主要包含元素Ni、Cr、Nb、Fe及少量的Al、O、Ti。未清洗材料表面含有較多的碳元素及氧元素，說明其表面有較多碳氧化物，丙酮清洗后材料表面碳元素可以完全清除，但是其氧元素含量依然較高，而激光清洗后材料表面無碳元素存在，氧元素含量很低，Ni、Cr、Nb、Fe這些主要元素的含量和GH4169基材元素含量基本相當。表2中基材與激光清洗橫向?qū)Ρ瓤擅黠@看出，說明激光清洗對GH4169合金基材基本無損傷。同時縱向氧元素與碳元素的含量對比，說明對于GH4169合金采用激光清洗工藝明顯優(yōu)于丙酮清洗。

GH4169合金中各元素以及表面污染物在激光清洗與未清洗界面處的分析結果表明，C、O等雜質(zhì)元素含量在激光清洗后顯著降低，而Ni、Cr等含量高的主要元素則在激光清洗后的區(qū)域有所加強。

圖2 GH4169表面SEM形貌

表2 GH4169不同工藝參數(shù)下鎳基高溫合金元素種類及含量（質(zhì)量分數(shù)）（%）

圖 3

（4）清洗試樣真空電子束焊后無損檢測 對焊接試板進行激光清洗，真空電子束焊后進行無損檢測。無損檢測方法選取射線檢測和滲透檢查，檢測結果符合HB/7608－1998中1類焊縫質(zhì)量驗收要求，說明激光清洗工藝適用于GH4169合金真空電子束焊前清洗。

3. 結語

綜上所述得出以下結論：

（1）合適的激光清洗工藝，可有效清洗GH4169合金表面的雜質(zhì)。

（2）激光清洗效果明顯優(yōu)于丙酮清洗等傳統(tǒng)焊前清洗方法。

（3）激光清洗不會對焊接質(zhì)量造成影響。