在航空制作領(lǐng)域，為了滿意高功能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)劃需求，全體葉盤制作工藝技能越來越受到重視。選用全體葉盤制作技能可將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和輪盤構(gòu)成一體，省去了傳統(tǒng)銜接中的榫頭、榫槽及鎖緊裝置等，削減結(jié)分量及零件數(shù)量，避免榫頭氣流損失，進(jìn)步氣動(dòng)效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)大為簡化，現(xiàn)已在各國軍用和民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，如EJ200、F119、F414等軍用發(fā)動(dòng)機(jī)。盡管全體葉盤有著許多長處，可是其制作工藝卻非常復(fù)雜，全體葉盤的歸納制作工藝技能成為世界性難題。

在全體葉盤制作工藝過程中，各種成形技能彼此

滲透，構(gòu)成全體葉盤復(fù)合制作工藝，無法以一種辦法代替其他一切工藝辦法[2]。目前，遍及選用的全體葉盤制作技能首要有：精密鑄造及鑄造技能、精密焊接技能、數(shù)控銑削技能、數(shù)控電解加工技能等等。就精密焊接技能而言，首要有高能束焊3)、線性沖突焊②等技能。在全體葉盤的制作過程中，通常用激光焊將單個(gè)葉片組成葉片環(huán)，然后用電子束焊接技能將鑄造和電解加工成形的輪盤腹板與葉片環(huán)焊接成全體葉盤結(jié)構(gòu)中。葉片的工作條件多為高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、氣流交變等惡劣環(huán)境，常用單晶資料制備葉片，而葉片環(huán)基體資料則多用高溫合金。因此，在葉片環(huán)制作過程中涉及到單晶與高溫合金異種資料的激光焊技能。盡管，近年來各種高溫合金及其激光焊接均有很多研討，但關(guān)于高溫合金與單晶的異種資料焊接研討較少[6-10]。別的，高溫合金與單晶異種資料的焊接中，焊縫中合金元素稀釋或者添加都會(huì)改動(dòng)接頭的安排成分，影響其力學(xué)功能。本實(shí)驗(yàn)選取常見的單晶資料DD407以及高溫合金材GH1140進(jìn)行激光對(duì)接實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過改動(dòng)光束偏移量來調(diào)整焊縫中合金元素的含量，剖析光束偏移量關(guān)于該異種金屬的激光焊接接頭力學(xué)功能及安排特征的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)資料選用固溶態(tài)GH1140鐵鎳基高溫合金板材和DD407鎳基單晶棒材。兩資料的化學(xué)成分如表1及表2所示。GH1140高溫合金試樣加工成板狀，其顯微安排如圖1所示， 尺度為40mmx20mmx 1.5mm。DD407鎳基單晶則由原始棒材經(jīng)線切割加工成1.5mm厚的薄片圓，垂直于成長方向的橫截面安排描摹如圖2所示，

DD407半圓片的直徑邊與GH1140板材進(jìn)行激光對(duì)接。GH1140安排首要為奧氏體基體，腐蝕后在其品內(nèi)及晶界上能夠觀察到塊狀金黃色TiN和灰色Tic.DD 407顯微安排首要由基體相y相和強(qiáng)化相y相組成，品粒取向共同。y相是由很多固溶元素組成的具有面心立方結(jié)構(gòu)的鎳基奧氏體相。y相是以Ni：Al為基的金屬間化合物，其體積分?jǐn)?shù)高達(dá)70%，y相是從y相上共格析出的，與y相相同也具有面心立方結(jié)構(gòu)。焊前將試樣外表和對(duì)接端面用砂紙打磨，去除外表氧化層和油污，然后選用丙酮清洗并吹干。焊接實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為德國R OF IN公司出產(chǎn)的FL 020型光纖激光器。焊后截取接頭橫截面金相試樣，分別選用CuSO， 溶液(10mLHC 1+2gCuSOq+50mLH， O) 、FeCl， 乙醇溶液(20mLCyH， OH+4mLHC 1+1gFeCl)和王水(10mLHNO， +30mLHC 1) 對(duì)DD 407、GH 1140及焊縫進(jìn)行腐蝕，在體式顯微鏡和MR5000倒置金相顯微鏡下觀察焊縫截面微觀描摹和接頭金相安排。由于資料尺度限制，接頭拉伸試樣線切割加工為18mmx 1.5mmx 0.3mm非標(biāo)準(zhǔn)樣， 其間， 沿焊接方向的切割厚度為0.3mm，深度方向?yàn)?.5mm。選用Instron 5543型微拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)接頭進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)， 每個(gè)光束偏移量條件下取3組拉伸數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)條件下的平均拉伸強(qiáng)度。選用WT-401MVDE型顯微硬度計(jì)丈量焊縫橫截面上水平中心線的硬度散布，測驗(yàn)標(biāo)距為0.1mm。采Oxford Inca X-Act型能譜儀對(duì)焊接接頭進(jìn)行能譜剖析。經(jīng)過很多工藝預(yù)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)焊接最佳參數(shù)如下

：激光功率1300W， 焊接速度20mms， 光斑直徑0.6mm，離焦量0mm，保護(hù)氣為工業(yè)純Ar，氣流量為10Lm in.經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)及焊縫寬度的丈量， 確認(rèn)光束偏移量為±0.2mm。界說光束傾向DD407時(shí)的方向?yàn)檎?br>

光束偏移量的設(shè)置如圖3所示。

2 結(jié)果及剖析

2.1 光束偏移量對(duì)接頭拉伸強(qiáng)度的影響

表3列出了光束偏移量分別為+0.2、0、-0.2mm情況下的接頭室溫拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù).圖4為典型的拉伸試樣開裂方位圖，在不同的光束偏移量條件下，接頭均開裂在GH1140母材側(cè)。經(jīng)測驗(yàn)GH 1140母材的抗拉強(qiáng)度為452MPa。依據(jù)表3數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)光束偏移量對(duì)接頭的拉伸強(qiáng)度影響不大， 接頭抗拉強(qiáng)度在(450±13.5) MPa左右， GH 1140母材的強(qiáng)度決定了接頭的強(qiáng)度，單純從接頭強(qiáng)度需求動(dòng)身，光束偏移量為0時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度較高。

2.2

接頭的顯微安排

對(duì)比不同光束偏移量條件下的接頭橫截面描摹，發(fā)現(xiàn)其全體微觀描摹不同不大。因此，取光束偏移量為0時(shí)的典型接頭進(jìn)行安排剖析。典型接頭的橫截面微觀描摹如圖5所示。從圖5中能夠看出，焊縫中未見裂紋、氣孔等缺點(diǎn)，焊縫上寬下窄，最寬處到達(dá)2mm左右，而下面熔寬在0.6mm左右，呈典型的“酒杯狀”，并以激光作用中心為基準(zhǔn)對(duì)稱散布，這符合連續(xù)激光焊焊縫的特點(diǎn)。焊縫橫截面上半?yún)^(qū)呈“洋蔥環(huán)”狀，存在分層現(xiàn)象，這是由于異種金屬在激光高能束熱源作用下熔化，熔池對(duì)稱流動(dòng)，不同的熔化金屬不完全混合，且激光的快速加熱及冷卻使得熔池中金屬來不及均勻化。圖6為圖5中各區(qū)擴(kuò)大圖

。圖6a為GH1140熔合線鄰近的顯微安排圖，由圖可見，對(duì)比母材的等軸晶安排(如圖1)，焊縫內(nèi)側(cè)為粗大的枝狀晶，枝狀晶的成長方向根本垂直于熔合線且向中心成長，依據(jù)母材的安排特征，枝狀晶骨干為面心立方結(jié)構(gòu)的鎳基奧氏體相，即y相，枝晶間存在必定的成分偏析，表現(xiàn)出顏色的差異.原先存在于母材中的塊狀Ti(CN)顆粒消失.DD407側(cè)焊縫也呈現(xiàn)枝狀晶安排，如圖6b，枝晶的成長方向顯著不同，一個(gè)垂直于熔合線，而另一個(gè)垂直于母材的[001]方向。依據(jù)DD407母材的安排剖析，靠近DD407側(cè)焊縫的枝晶骨干為安排y相，而晶間為y相。由于DD407母材中y相古70%的體積比，在快速加熱冷卻的激光焊條件下，安排成分不可能均勻化。焊縫近上外表中心區(qū)的安排形狀如圖6c所示。由圖可見，原先部分垂直于熔合線成長的枝晶，其成長方向發(fā)生改變，兩側(cè)都變?yōu)榇怪庇谀覆牡腫001]方向，而且在焊縫中心上側(cè)呈現(xiàn)了一個(gè)等軸晶區(qū)，如圖6c中虛線區(qū)域。成長方向的改動(dòng)是擇優(yōu)成長的結(jié)果，成長方向首要有兩個(gè)，溫度梯度方向及最易成長方向。在焊縫中心，溫度梯度的影響越來越小，最易成長方向起決定作用，因此呈現(xiàn)成長方向改動(dòng)的現(xiàn)象。

2.3 光束偏移量對(duì)接頭顯微硬度的影響圖7為不同光束偏移量條件下，近上外表水平線上，接頭顯微硬度的散布情況。

由圖可見，接頭的顯微硬度改變趨勢(shì)共同，即從GH1140側(cè)經(jīng)焊縫到DD407側(cè)，其顯微硬度呈逐漸遞加趨勢(shì)，而且都高于GH1140母材，這也應(yīng)證了拉伸實(shí)驗(yàn)中接頭都開裂在GH1140母材上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。GH1140母材側(cè)熔合線鄰近沒有呈現(xiàn)顯著的軟化或硬化，這首要跟焊接辦法有關(guān)，激光焊接接頭的熱影響區(qū)較窄。當(dāng)光束偏移量為-0.2mm時(shí)，焊縫區(qū)全體的微觀硬度與GH1140母材不同不大。相應(yīng)地，光束傾向DD407越多，DD407的熔合量添加，焊縫顯微硬度也添加，但都小于DD407母材的顯微硬度。

3 討 論

經(jīng)過對(duì)接頭顯微硬度散布剖析發(fā)現(xiàn)，光束偏移量對(duì)接頭的顯微硬度散布有顯著的影響，關(guān)于GH1140同種

資料激光焊來說，焊縫的顯微硬度較母材是下降的，首要由于焊縫安排以奧氏體y枝晶狀為基，而GH1140母材原有的一次碳化物強(qiáng)化相削減，因此，導(dǎo)致其硬度值的下降[。關(guān)于DD407/GH1140異種資料銜接而言，在不同的光束偏移量條件下，焊縫的顯微硬度相當(dāng)于或顯著高于GH1140母材，如圖7所示。形成焊縫顯微硬度發(fā)生改變的原因有多種，如元素含量的改變、安排成分的改變、晶粒的巨細(xì)、固溶強(qiáng)化、強(qiáng)化相的析出等等112].當(dāng)焊縫近似以激光作用中心為基準(zhǔn)對(duì)稱散布時(shí)，焊縫中元素含量能夠選用下式進(jìn)行量化.

式中，t為焊縫中某種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，ot：和r：分別為2種母材中該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，S和AS分別為焊縫面積及光束偏移所改動(dòng)區(qū)域的面積。

具體核算如下：焊縫自上而下順次劃分為2.07mmx 0.2mm的矩形及底邊長分別為2.07，0.56和0.68mm的2個(gè)等腰梯形，如圖5所示，焊縫總面積約1.7mm.在光束偏移量為0.2mm時(shí)，光束偏移所改動(dòng)區(qū)域的面積約0.2mmx 1.5mm， 兩者面積比AS/S約為0.17.將母材成分代入公式進(jìn)行核算，理論核算結(jié)果列于表4，同時(shí)對(duì)不同光束偏移量下的實(shí)踐焊縫，對(duì)應(yīng)于圖5中D區(qū)，進(jìn)行能譜剖析，其實(shí)測結(jié)果列于表5。從表中能夠看出，部分元素含量與理論剖析值較為共同。與

GH1140母材成分比較，焊縫中Ni，Al，Co，W等合金元素含量升高。其間，Co，W等合金元素使得焊縫

安排的固溶強(qiáng)化作用進(jìn)步。而Ni，A1元素的添加使得焊縫中y相量添加，從而使得焊縫的顯微硬度升高。元素含量的不同會(huì)改動(dòng)焊縫的安排成分。依據(jù)兩母材安排成分的剖析，GH1140安排首要為奧氏體y

相基體，而DD407則是由體積分?jǐn)?shù)高達(dá)70%的y相和30%的y相組成。在不同光束偏移量條件下，DD407在焊縫中熔合量發(fā)生改變，形成y強(qiáng)化相含量不同，最終導(dǎo)致其硬度散布的差異。經(jīng)過理論公式確認(rèn)y'相在焊縫中的含量，如式(2)所示，

式中，?C和CpD 407分別為焊縫中y相的添加量及DD 407母材中的y相含量，S和AS分別為焊縫面積及光束偏移所改動(dòng)區(qū)域的面積，各面積核算同式(1)，依據(jù)式(2)核算可得，在光束偏移量為-0.2和0.2mm時(shí)，焊縫中y相的占比順次添加23.1%和46.9%。因此，y強(qiáng)化相含量的添加也是進(jìn)步其顯微硬度的原因。別的，就晶粒巨細(xì)而言，焊縫中的枝晶尺度大于DD407母材但小于GH1140母材(對(duì)比圖2和圖6可知) 。依據(jù)Hall-Petch公式， 多晶體的屈服強(qiáng)度與其品粒巨細(xì)成反比，因此，焊縫顯微硬度高于GH1140母材，而低于DD407母材

4 結(jié) 論

1)DD407與GH1140的異種激光焊接頭強(qiáng)度在(450±13.5) MPa左右， 接頭均開裂于GH 1140母材， 光

束偏移量對(duì)接頭的拉伸強(qiáng)度影響不大，首要取決于GH1140母材的強(qiáng)度。2)DD407與GH1140的異種激光焊焊縫橫截面呈典型的“酒杯狀".GH1140側(cè)焊縫為粗大的枝狀晶，枝狀晶的成長方向根本垂直于熔合線：DD407側(cè)焊縫同為枝狀晶，但呈現(xiàn)兩個(gè)顯著不同的成長方向：焊縫中心偏上區(qū)域呈現(xiàn)等軸晶安排.

3)接頭的顯微硬度從GH1140側(cè)經(jīng)焊縫到DD407側(cè)呈逐漸遞加趨勢(shì)，而且都高于GH1140母材。W，Co等元素的固溶強(qiáng)化、y強(qiáng)化相含量的添加、晶粒巨細(xì)的改變是顯微硬度上升的原因。