cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2021-3-57-65cvmet-1263Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentОбеспечение прочности сварных соединений при лазерной сварке жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава ЭП693Ensuring the strength of welded joints in laser welding of EP693 heat-resistant dispersion-hardening nickel alloyБарановД. А.BaranovD. A.

Аспирант кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии» СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Postgraduate student of the Department of foundry and high-efficiency technologies, Samara State Technical University (SSTU).

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

d.baranov91@mail.ruЖаткинС. С.ZhatkinS. S.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии» СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Cand. Sci. (Eng.), associate prof. of the Department of foundry and high-efficiency technologies of SSTU.

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

sergejat@mail.ruНикитинВ. И.NikitinV. I.

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Литейные и высокоэффективные технологии» СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Dr. Sci. (Eng.), prof., head of the Department of foundry and high-efficiency technologies, SSTU.

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

tlp@samgtu.ruДеевВ. Б.DeevV. B.

Доктор технических наук, профессор факультета машиностроения и автоматизации Уханьского текстильного университета; профессор кафедры «Обработка металлов давлением» НИТУ «МИСиС».

430200, China, Hubei Province, Wuhan, Textile Road, 1; 119991, Москва, Ленинский пр-т, 4.

Dr. Sci. (Eng.), prof. of School of mechanical engineering and automation of Wuhan Textile University; prof. of Department of metal forming of National University of Science and Technology «MISIS».

430200, China, Hubei Province, Wuhan, Textile Road, 1; 119991, Russia, Moscow, Leninskii pr., 4.

deev.vb@mail.ruНикитинК. В.NikitinK. V.

Доктор технических наук, профессор, декан факультета машиностроения, металлургии и транспорта СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Dr. Sci. (Eng.), prof., dean of the Faculty of mechanical engineering, metallurgy and transport of SSTU.

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

kvn-6411@mail.ruБариновА. Ю.BarinovA. Yu.

Ведущий инженер кафедры «Литейные и высокоэффективные технологии» СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Lead engineer of the Department of foundry and high-efficiency technologies of SSTU.

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

tlp@samgtu.ruЮдинД. М.YudinD. M.

Магистрант СамГТУ.

443100, Самара, Молодогвардейская ул., 244.

Undergraduate student of SSTU.

443100, Samara, Molodogvardeiskaya str., 244.

d.yudin2011@yandex.ruСамарский государственный технический университет (СамГТУ)РоссияSamara State Technical University (SSTU)Russian FederationУханьский текстильный университет; Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»РоссияWuhan Textile University; National University of Science and Technology «MISIS»Russian Federation202113062021035765Copyright © Баранов Д.А., Жаткин С.С., Никитин В.И., Деев В.Б., Никитин К.В., Баринов А.Ю., Юдин Д.М., 20212021Баранов Д.А., Жаткин С.С., Никитин В.И., Деев В.Б., Никитин К.В., Баринов А.Ю., Юдин Д.М.Baranov D.A., Zhatkin S.S., Nikitin V.I., Deev V.B., Nikitin K.V., Barinov A.Y., Yudin D.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1263

Рассмотрен процесс создания неразъемного соединения из жаропрочного сплава марки ЭП693 системы Ni—Cr—W—Co—Mo, применяемого в производстве узлов и деталей газотурбинных двигателей, с помощью лазерной сварки на СО2-комплексе «TruLaser Cell 7020» импульсно-периодическим излучением. Для получения сварного шва использована присадочная проволока ЭП367 системы Ni—Mo—Cr—Mn. Изучено влияние термической обработки на структуру и свойства околошовной зоны и сварного шва. По результатам исследований проведен анализ структуры сварного соединения и его изломов, выполненных лазерной сваркой, получены физико-механические свойства сварного шва, определен наибольший предел выносливости для сварных соединений при 2•106 циклах. Определена целесообразность использования лазерной сварки жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава при изготовлении обечаек опоры и статора турбины газотурбинного двигателя. Установлено, что комплексная термическая обработка (закалка и старение) обеспечивает оптимальные значения пределов прочности при комнатной и повышенной температурах, а также кратковременную прочность сварных соединений. На основании прочностного расчета по обечайкам опоры и статора турбины газотурбинного двигателя и полученным экспериментальным данным прочности сварных соединений, выполненных при помощи лазерной сварки с импульсно-периодическим излучением, коэффициент запаса прочности составил от 1,35 до 3,0. Данная технология предлагается к внедрению в производство при изготовлении деталей и узлов типа обечаек опоры и статора турбины газотурбинных двигателей с целью повышения качества сварных швов при сокращении времени высокотемпературного нагрева за счет снижения погонной энергии.

The paper considers the process of creating a permanent connection from the EP693 heat-resistant alloy of the Ni-Cr-W-Co-Mo system used in the manufacture of components and parts of gas turbine engines by welding on the TruLaser Cell 7020 CO2 complex with pulse-periodic radiation. EP367 filler wire of the Ni—Mo—Cr—Mn system was used to obtain the weld. The influence of heat treatment on the structure and properties of the heat-affected zone and the weld was studied. Based on the research results, the weld structure and kinks obtained by laser welding was studied, weld physical and mechanical properties were identified, the maximum endurance limit for welded joints was determined at 2•106 cycles. The expediency of laser welding of the heat-resistant dispersion-hardening nickel alloy in the manufacture of shells for the turbine support and stator of gas turbine engines was determined. It was found that combined heat treatment (quenching and aging) provides optimal values of strength limits at room and elevated temperatures, as well as short-term strength of welded joints. Based on the strength calculation of the turbine support and stator of gas turbine engines and the obtained experimental data on the strength of welded joints made using laser welding with pulse-periodic radiation, the safety factor was 1.35 to 3.0. This technology is proposed to be introduced into production in the manufacture of parts and assemblies such as shells for the turbine support and stator of gas turbine engines in order to improve the quality of welds by reducing the time of high-temperature heating due to lower heat input.

лазерная сваркажаропрочный сплавгазотурбинный двигательсварное соединениедетали сборочных единицфизико-механические свойстваструктураlaser weldingheat-resistant alloygas turbine enginewelded jointparts of assembly unitsphysical and mechanical propertiesstructureРабота выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках проектной части государственного задания № 0778-2020-0005.The research was funded by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation as part of the project component of Government Task № 0778-2020-0005.ReferencesИноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок. Системы: Учеб. для вузов. Сер. Газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 2007.Inozemtsev A.A., Nikhamkin M.A., Sandratskii V.L. Automation and regulation of aircraft engines and power plants. Systems. Moscow: Mashinostroenie, 2007 (In Russ.).Ломбер Б.С., Моисеев С.А. Жаропрочные деформируемые сплавы для современных и перспективных ГТД. Все материалы. Энциклопед. справочник. 2007. No. 6. С. 2—5.Lomber B.S., Moiseev S.A. Heat-resistant and wrought alloys for modern promising gas turbine engines. Vse materialy. Entsiklopedicheskii spravochnik. 2007. No. 6. Р. 2—5 (In Russ.).Naffakh H., Shamanian M., Ashrafizadeh F. Dissimilar welding of AISI310 austenitic stain less steel to nickel-basedalloy Inconel657. J. Mater. Process. Technol. 2009. No. 209. Р. 3628—3939.Naffakh H., Shamanian M., Ashrafizadeh F. Dissimilar welding of AISI310 austenitic stain less steel to nickel-basedalloy Inconel657. J. Mater. Process. Technol. 2009. No. 209. Р. 3628—3939.Никоненко Е.Л., Попова Н.А., Сизоненко Н.Р., Демент Т.В., Конева Н.А. Изменение структуры жаропрочного сплава, легированного рением и лантаном, в зависимости от термической обработки. Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. No. 4. С. 294—299.Nikonenko E.L., Popova N.A., Sizonenko N.R., Dement T.V., Koneva N.A. Change of the structure of a heat-resistant alloy doped by rhenium and lanthanum depending on thermal processing. Izvestiya Vuzov. Chernaya Metallurgiya (Izvestiya. Ferrous Metallurgy). 2018. Vol. 61. No. 4. P. 294—299 (In Russ.).Qian M., Lippold J.C. Liquation phenomena in the simulated heat-affected zone of alloy 718 after multiple post weld heat treatment cycles. Weld. J. 2003. Vol. 82. No. 6. P. 145—150.Qian M., Lippold J.C. Liquation phenomena in the simulated heat-affected zone of alloy 718 after multiple post weld heat treatment cycles. Weld. J. 2003. Vol. 82. No. 6. P. 145—150.Сорокин Л.И. Свариваемость жаропрочных сплавов, применяемых в авиационных газотурбинных двигателях. Свароч. пр-во. 1971. No. 4. С. 4—5.Sorokin L.I. Weldability of heat resistant alloys used in aircraft gas turbine engines. Svarochnoe proizvodstvo. 1971. Vol. 4. Р. 4—5 (In Russ.).Ma G., Wu D., Niu F., Zou H. Microstructure evolution and mechanical property of pulsed laser welding Ni-based superalloy. Opt. Lasers Eng. 2015. Vol. 72. P. 39—46.Ma G., Wu D., Niu F., Zou H. Microstructure evolution and mechanical property of pulsed laser welding Ni-based superalloy. Opt. Lasers Eng. 2015. Vol. 72. P. 39—46.Муравьев В.И., Бахматов П.В., Плетнев Н.О., Дебеляк А.А. Влияние напряженного состояния на структуру и свойства при сварке конструкций из сталей и сплавов. Известия вузов. Черная металлургия. 2016. Т. 59. No. 4. С. 251—255.Murav'ev V.I., Bakhmatov P.V., Pletnev N.O., Debelyak A.A. Effect of stress state on the structure and properties of constructions of steels and alloys at welding. Izvestiya Vuzov. Chernaya Metallurgiya (Izvestiya. Ferrous Metallurgy). 2016. Vol. 59. No. 4. Р. 251—255 (In Russ.).Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials. Part I: Solid state joining, fusion joining, and joining of intermetallics. Sci. Technol. Weld. J. 1998. No. 3. P. 105—126.Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials. Part I: Solid state joining, fusion joining, and joining of intermetallics. Sci. Technol. Weld. J. 1998. No. 3. P. 105—126.Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials. Int. Mater. Rev. 1998. No. 43. P. 1—44.Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials. Int. Mater. Rev. 1998. No. 43. P. 1—44.Qam G., Fischer A., Ratjen R., Dos Santos J.F., Kocak M. Properties of laser beam welded superalloys Inconel 625 and 718. In: Proc. 7-th Eur. Conf. on laser treatment of materials — ECLAT'98 (Hannover, 21—23 Sept. 1998). P. 333—338.Qam G., Fischer A., Ratjen R., Dos Santos J.F., Kocak M. Properties of laser beam welded superalloys Inconel 625 and 718. In: Proc. 7-th Eur. Conf. on laser treatment of materials — ECLAT'98 (Hannover, 21—23 Sept. 1998). P. 333—338.Corba C., Ferencz P, Mihaila I. Laser welding. Nonconvent. Technol. Rev. 2018. No. 4. P. 34—37.Corba C., Ferencz P, Mihaila I. Laser welding. Nonconvent. Technol. Rev. 2018. No. 4. P. 34—37.Bratukhin A.G., Maslenkov S.B., Logunov A.V., Prokopinskaya S.G., Solov'ev Yu.V. Heat treatment using high-concentrated energy suppliers. Met. Sci. Heat Treat. 1995. Vol. 37. No. 11—12. Р. 479—484.Bratukhin A.G., Maslenkov S.B., Logunov A.V., Prokopinskaya S.G., Solov'ev Yu.V. Heat treatment using high-concentrated energy suppliers. Met. Sci. Heat Treat. 1995. Vol. 37. No. 11—12. Р. 479—484.Moosavy H.M., Aboutalebi M.R., Seyedein S.H., Goodar-zi M., Khodabakhshi M. Modern fiber laser beam welding of the newly-designed precipitation-strengthened nickel-base superalloys. Opt. Laser Technol. 2014. Vol. 57. P. 12—20.Moosavy H.M., Aboutalebi M.R., Seyedein S.H., Goodarzi M., Khodabakhshi M. Modern fiber laser beam welding of the newly-designed precipitation-strengthened nickel-base superalloys. Opt. Laser Technol. 2014. Vol. 57. P. 12—20.Hong J.K., Park J.H., Park N.K., Eom I.S., Kim M.B., Kang C.Y. Microstructures and mechanical properties of Inconel 718 welds by CO2 laser welding. J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 201. No. 1. P. 515—520.Hong J.K., Park J.H., Park N.K., Eom I.S., Kim M.B., Kang C.Y. Microstructures and mechanical properties of Inconel 718 welds by CO2 laser welding. J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 201. No. 1. P. 515—520.ТУ 14-1-1960-2004. Прокат тонколистовой холоднокатаный из жаропрочного сплава марки.TU 14-1-1960-2004. Technical conditions. Cold-rolled thin-sheet rolled products of heat-resistant alloy (In Russ.).Baranov D.A., Parkin A.A., Zhatkin S.S. HN45VMTYUBR Alloy: Impact beam welding modes on microstructure and distribution of alloying elements in the seam. Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 530—535.Baranov D.A., Parkin A.A., Zhatkin S.S. HN45VMTYUBR Alloy: Impact beam welding modes on microstructure and distribution of alloying elements in the seam. Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. P. 530—535.Сорокин Л.И., Богдасаров Ю.С., Тупикин В.И. Сравнительная оценка присадочных проволок для аргонодуговой сварки жаропрочных сплавов. Свароч. пр-во. 1993. No. 10. С. 31—33.Sorokin L.I., Bogdasarov U.S., Tupikin V.I. Comparative evaluation of filler wires for argon-arc welding of heatresistant alloys. Svarochnoe proizvodstvo. 1993. Vol. 10. P. 31—33 (In Russ.).Международный стандарт. Проволока стальная сварочная. ГОСТ 2246-70. URL: https://standartgost.ru/g/ГОСТ_2246-70 (дата обращения: 27.10.2018).International standard. Welding steel wire. GOST 2246-70. URL: https://standartgost.ru/g/ГОСТ_2246-70 (accessed: 27.10.2018) (In Russ.).ПИ 1.4.75-2000 Производственная инструкция. Дуговая сварка в среде защитных газов конструкционных, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов. М.: НИАТ, 2000. С. 65—70.PI 1.4.75-2000. Arc welding in shielding gases of structural, stainless and heat-resistant steel and alloys. Moscow: NIAT, 2000. P. 65—70 (In Russ.).Международный стандарт. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. ГОСТ 6996-66. URL: https://standartgost.ru/g/ГОСТ_6996-66 (дата обращения: 27.10.2018).International standard. Welded joints. Methods for determining mechanical properties. URL: https://standartgost.ru/g/GOST_6996-66 (accessed: 27.10.2018) (In Russ.).Федоров Б.М., Мосюров А.И. Влияние параметров лазерной сварки на прочность никелевых сплавов. Технол. машиностроения. 2011. No. 11. С. 44—45.Fedorov B.M., Mosyurov A.I. The effect of laser welding parameters on the strength of nickel alloys. Technologiya mashinostroeniya. 2011. No. 11. P. 44—45 (In Russ.).Hugnes W.P., Berry T.F. A study of the strain-aye cracking characteristics in welded Rene 41. Phase I. Weld. J. 1967. Vol. 46. No. 8. P. 361—370.Hugnes W.P., Berry T.F. A study of the strain-aye cracking characteristics in welded Rene 41. Phase I. Weld. J. 1967. Vol. 46. No. 8. P. 361—370.Ножницкий Ю.А. Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей военной авиации. М.: ЦИАМ, 2005.Nozhnicliy U.A. Strength standards of aviation gas turbine engines of military aircraft. Moscow: TsIAM, 2005 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.