双金属排气阀的电子束焊接(下)

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　　(5)装机实船考核两只排气阀寿命均已超过1万h,阀座的平均烧蚀速率小于0.3 mm/1000 h.

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　　3讨论

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　　(1)焊缝及热影响区的组织结构变化焊接熔池金属的凝固结晶过程及毗邻的母材金属在其作用下的热循环直接影响焊缝及热影响区的组织结构，显然这与焊接方法及焊接过程的工艺参数密切相关.假使焊缝熔池的成分为奥氏体不锈钢与Nimonic80A成分的平均值如表3所示.

表3焊缝成分的计算值

C	Mn	S	P	Si	Cr	Ni	Mo	W	Co	Fe	Al	Ti
0.18	1.35	0.007	0.012	0.76	20.1	42.1	0.19	1.25	0.15	32.2	0.7	1.3

 

　　该成分的铬镍比为0.5,远大于Suutala裂纹敏感系数比值1.48.由焊缝的硬度值可知在凝固结晶过程中极少或者没有强化相析出，这对于防止焊缝出现热裂纹是有益的.

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　　此外,在奥氏体不锈钢的热影响区,硬度值沿着焊缝从上至下的方向递减.而Nimonic80A则呈递增趋势,这无疑是由于在焊接过程中焊缝上部的热输入大于下部,从而使热影响区产生了温度梯度所致.因为在不同的温度,碳化物的析出及γ′相的溶解动力学不同.靠近焊缝上部的热影响区温度高于下部,奥氏体不锈钢中可析出较多的碳化物,使硬度升高.与之相反,Nimonic80A的时效处理后析出的γ′强化相在高温时则会溶解,使硬度降低.显然,使该硬度差值保持在某一临界范围对于保证排气阀的使用性能是必要的.高温拉伸试样均断裂在奥氏体不锈钢的母材区,证明上述焊缝及热影响区的组织状态具有较高的热强度.

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　　(2) Nimonic80A超合金的可焊性一般认为,由铝钛强化的超合金在焊接时有较强的裂纹敏感性,因此在凝固结晶过程中焊缝及热影响区有较强的凝固裂纹、液化裂纹及应变时效裂纹生成倾向,不同的焊接方法和工艺参数有不同的裂纹敏感性.此外,裂纹敏感性还与γ\‘相形成元素总量有关,有人指出,当总量超过6%时则热裂纹敏感.Nimonic80A超合金的铝钛总量在4%左右,裂纹敏感系数为10%～15%,仍属可焊类.除了Al,Ti之外S,Si,C,B等元素对焊接性能也有较大影响,这些元素几乎全部富集在晶界上,在凝固过程中极易形成沿晶界的液态膜导致裂纹,Arata等人尚为此定义出脆性温度范围(BTR).值得指出的是虽然焊缝金属的Al、Ti含量比Nimonic80A低,但是S、P含量却高出许多,而且裂纹敏感性还会因为高速冷却条件下的偏折而增加.因此选择合适的焊接方法和焊接工艺参数及严格控制焊接母材的杂质含量是十分重要的.在本实验中焊缝及热影响区均未有可见裂纹,说明电子束焊接方法及采用的工艺参数对奥氏体不锈钢与Nimonic80A超合金的焊接是可行的.

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　　4结论

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　　(1)由奥氏体不锈钢和Nimonic80A构成的双金属排气阀可用电子束焊接的方法完成,运行寿命已超过1万h.(2)焊缝由细小的树枝状柱晶组成,热影响区宽度～1 mm,未有可见的裂纹及气孔等冶金缺陷.(3)焊缝及热影响区的热强度均高于奥氏体不锈钢母材.

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