GH4169合金真空電子束焊前激光清理工藝的研究

■ 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(dòng)強(qiáng)度大、清理一致性差等缺點(diǎn)，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(shù)的日趨成熟，激光清洗在工業(yè)制造中的應(yīng)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(shù)。

2. 激光清理試驗(yàn)

因目前實(shí)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(yàn)主要進(jìn)行激光清洗與丙酮清洗效果的對(duì)比。試驗(yàn)中GH4169合金激光清洗參數(shù)如表1所示。

（1）清洗試樣宏觀對(duì)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(jié)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(jié)果表明，無論是宏觀形貌還是微觀檢測(cè)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(jié)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(duì)基材本身、未清洗表面及不同工藝處理前后材料表面進(jìn)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(dāng)。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(duì)GH4169合金基材基本無損傷。同時(shí)縱向氧元素與碳元素的含量對(duì)比，說明對(duì)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(jié)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(qiáng)。

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?jǐn)?shù)）（%）

圖 3

（4）清洗試樣真空電子束焊后無損檢測(cè) 對(duì)焊接試板進(jìn)行激光清洗，真空電子束焊后進(jìn)行無損檢測(cè)。無損檢測(cè)方法選取射線檢測(cè)和滲透檢查，檢測(cè)結(jié)果符合HB/7608－1998中1類焊縫質(zhì)量驗(yàn)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(jié)語

綜上所述得出以下結(jié)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(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成影響。