Jak kontrolować jakość spawania odkuwek z nadstopów?

Odkuwki z nadstopów charakteryzują się doskonałymi właściwościami mechanicznymi w wysokich temperaturach i służą jako rdzeniowe elementy nośne w urządzeniach energetycznych. Pomimo tego, że zawierają takie pierwiastki jak aluminium, tytan, niob i molibden, są one podatne na pękanie w strefie wpływu ciepła spawania i zaliczane są do materiałów trudnospawalnych. Lotnicze turbiny gazowe nakładają na komponenty wysokie wymagania dotyczące niezawodności.

 

 

1. GTAW/TIG

Jako najczęściej stosowana metoda zapewnia stabilne łuki elektryczne i kontrolowane doprowadzenie ciepła. Dotyczy spawania graniowego, wielościegowego spawania grubych profili oraz prac naprawczych odkuwek na bazie niklu, w tym GH4169 i GH536. Zastosowano dodatnią elektrodę prądu stałego i osłonę argonu zarówno z przodu, jak i z tyłu. Jego wydajność spawania jest stosunkowo niska, a pęknięcia upłynniające mają tendencję do występowania w strefie wpływu ciepła.

 

2.ŁAPA

Charakteryzuje się skoncentrowaną energią i dużą głębokością wtopienia, przy mniejszym wypaleniu stopu w porównaniu ze spawaniem TIG. Może osiągnąć pełną penetrację w jednym przejściu dla przedmiotów obrabianych o średniej grubości. Wymaga jednak dużej precyzji montażu i ma wąskie okno procesowe. Niewłaściwe doprowadzenie ciepła może spowodować pęknięcia liquacyjne na granicy ziaren. Nadaje się do masowej produkcji.

 

3. Spawanie laserowe/wiązką elektronów

Charakteryzuje się dużą gęstością energii i niskimi odkształceniami spawalniczymi, może zapobiegać pęknięciom liquacyjnym i pasować do precyzyjnych elementów cienkościennych. Spawanie wiązką elektronów zapewnia spawanie bez utleniania w warunkach próżniowych, natomiast spawanie laserowe ułatwia pracę automatyczną. Wady obejmują wysoki koszt sprzętu i rygorystyczne wymagania dotyczące szczelin montażowych; porowatość łatwo pojawia się w szwach spawalniczych. Przed spawaniem wymagane jest dokładne oczyszczenie powierzchni.

 

4. Spawanie w stanie stałym

W przypadku bezwładnościowego spawania tarciowego metal podstawowy pozostaje niestopiony, co pozwala uniknąć takich defektów, jak pęknięcia krzepnięcia i faza Lavesa. Jest to preferowany proces w przypadku odkuwek tarcz turbin i wałów obrotowych. Spawanie dyfuzyjne ma zastosowanie do różnych stopów i precyzyjnych cienkich elementów bez spoin z metalu dodatkowego, ale charakteryzuje się długimi cyklami przetwarzania i niezwykle wysokimi wymaganiami dotyczącymi jakości obróbki powierzchni.

 

5. Spawanie łukowe w osłonie gazu i ręczne spawanie łukowe w osłonie gazu

Spawanie łukiem metalowym w osłonie gazu zapewnia wysoką wydajność i jest stosowane w obszarach niekrytycznych. Ręczne spawanie łukiem metalowym umożliwia wygodną naprawę na miejscu, ale charakteryzuje się słabym efektem ekranowania i wysokim ryzykiem usterek. Jego zastosowanie jest ograniczone do głównych odkuwek nośnych lotniczych turbin gazowych, a zamiast tego priorytetowe jest spawanie TIG.

 

 

1. Pęknięcia likacyjne

Podczas cykli termicznych spawania fazy o niskiej temperaturze topnienia na granicach ziaren w strefie wpływu ciepła topią się, tworząc ciekłe warstwy. Pod wpływem naprężeń spawalniczych dochodzi do pękania międzykrystalicznego. Jest to powszechna wada superstopów na bazie niklu wzmacnianych wydzieleniowo.

 

2. Podgrzej ponownie pęknięcia

Podczas obróbki cieplnej po spawaniu lub pracy w wysokiej temperaturze fazy wzmacniające wytrącają się wewnątrz ziaren i generują naprężenia. Niewystarczająca wytrzymałość na granicy ziaren powoduje powstawanie pęknięć międzykrystalicznych.

 

3. Porowatość i wtrącenia żużlowe

Porowatość powstaje, gdy wodór i azot są wchłaniane do roztopionych basenów, co jest spowodowane niewystarczającym usunięciem plam oleju, zgorzeliny tlenkowej i wilgoci z powierzchni rowków, zanieczyszczonym gazem osłonowym lub uszkodzonym tylnym ekranowaniem. Wtrącenia żużla tlenkowego powstają w wyniku niepełnego usuwania żużla między przejściami.

 

4. Wytrącanie fazy kruchej

Na przykład segregacja niobu generuje fazę Lavesa podczas spawania GH4169, która pogarsza plastyczność, wytrzymałość i właściwości zmęczeniowe złączy spawanych. Jest to spowodowane głównie nadmiernym dopływem ciepła i małą szybkością chłodzenia.

 

5. Zgrubienie ziarna

Ziarna kutego metalu nieszlachetnego rafinowanego przez kucie stają się gruboziarniste w strefie wpływu ciepła pod wpływem długotrwałego narażenia na wysoką temperaturę podczas spawania, co pogarsza właściwości mechaniczne złączy spawanych.

 

 

1. Wstępne spawanie

Weryfikacja specyfikacji materiałowych i wad wrodzonych odkuwek. Wybierz pasujące spoiwa odporne na pękanie i zabezpiecz je przed wilgocią. Obrabiaj rowki spawalnicze i usuń zanieczyszczenia, takie jak plamy oleju i warstwy tlenków, w odległości co najmniej 20 mm po obu stronach rowków. Przeprowadź kwalifikację procedur spawania i upewnij się, że spawacze posiadają ważne certyfikaty.

 

2. Proces spawania

Spawanie wąskościeżkowe wykonywać z lekkimi oscylacjami elektrody. Kontroluj dopływ ciepła i temperaturę międzyściegową, aby złagodzić segregację pierwiastków i upłynnienie granicy ziaren. Oczyść warstwy tlenkowe i przeprowadź kontrolę wzrokową po zakończeniu każdego przejścia spoiny. Rejestruj parametry spawania, aby zapewnić identyfikowalność.

 

3. Obróbka cieplna po spawaniu

Uwolnij naprężenia szczątkowe podczas spawania i przywróć właściwości mechaniczne złączy spawanych. Przeprowadzić obróbkę roztworową i obróbkę starzenia zgodnie ze specyfikacjami stopu. Ściśle kontroluj parametry nagrzewania, schładzania i przetrzymywania, aby uniknąć gruboziarnistości ziaren lub niewystarczającego odprężenia.

 

4. Kontrola po spawaniu

Przeprowadzić kontrolę wzrokową pod kątem tworzenia się spoin i wad powierzchniowych. Połącz badania penetracyjne (PT), badania magnetyczno-proszkowe (MT), badania ultradźwiękowe (UT) i badania radiograficzne (RT) w celu uzyskania kontroli nieniszczącej. W przypadku elementów krytycznych należy przeprowadzić dodatkowe badania metalograficzne, próby rozciągania i próby zrywania naprężeniowego. Zmierz odkształcenie spawalnicze i w razie potrzeby dokonaj korekty.

 

 

Ruihang, jako bezpośredni producent wyrobów tytanowych, dostarcza surowce o optymalnej jakości do produkcji precyzyjnych komponentów. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby związane z zakupem prętów/płytek ze stopu tytanu, skontaktuj się z nami za pośrednictwem poczty elektronicznej:Sam.Rui@bjrh-titanium.com