Обеспечение прочности сварных соединений при лазерной сварке жаропрочного дисперсионно-твердеющего никелевого сплава ЭП693

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.

1. Иноземцев 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.

2. Ломбер Б.С., Моисеев С.А. Жаропрочные деформируемые сплавы для современных и перспективных ГТД. Все материалы. Энциклопед. справочник. 2007. No. 6. С. 2—5.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Сорокин Л.И. Свариваемость жаропрочных сплавов, применяемых в авиационных газотурбинных двигателях. Свароч. пр-во. 1971. No. 4. С. 4—5.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials. Int. Mater. Rev. 1998. No. 43. P. 1—44.

11. 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.

12. Corba C., Ferencz P, Mihaila I. Laser welding. Nonconvent. Technol. Rev. 2018. No. 4. P. 34—37.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. ТУ 14-1-1960-2004. Прокат тонколистовой холоднокатаный из жаропрочного сплава марки.

17. 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.

18. 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.

19. Международный стандарт. Проволока стальная сварочная. ГОСТ 2246-70. URL: https://standartgost.ru/g/ГОСТ_2246-70 (дата обращения: 27.10.2018).

20. 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.

21. Международный стандарт. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. ГОСТ 6996-66. URL: https://standartgost.ru/g/ГОСТ_6996-66 (дата обращения: 27.10.2018).

22. Федоров Б.М., Мосюров А.И. Влияние параметров лазерной сварки на прочность никелевых сплавов. Технол. машиностроения. 2011. No. 11. С. 44—45.

23. 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.

24. Ножницкий Ю.А. Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей военной авиации. М.: ЦИАМ, 2005.