在航空制作领域，为了满意高功能航空发动机的规划需求，全体叶盘制作工艺技能越来越受到重视。选用全体叶盘制作技能可将发动机转子叶片和轮盘构成一体，省去了传统衔接中的榫头、榫槽及锁紧装置等，削减结分量及零件数量，避免榫头气流损失，进步气动效率，使发动机结构大为简


化，现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用，如EJ200、F119、F414等军用发动机。尽管全体叶盘有着许多长处，可是其制作工艺却非常复杂，全体叶盘的归纳制作工艺技能成为世界性难题。

在全体叶盘制作工艺过程中，各种成形技能彼此

渗透，构成全体叶盘复合制作工艺，无法以一种办法代替其他一切工艺办法[2]。目前，遍及选用的全体叶盘制作技能首要有：精密铸造及铸造技能、精密焊接技能、数控铣削技能、数控电解加工技能等等。就精密焊接技能而言，首要有高能束焊3)、线性冲突焊②等技能。在全体叶盘的制作


过程中，通常用激光焊将单个叶片组成叶片环，然后用电子束焊接技能将铸造和电解加工成形的轮盘腹板与叶片环焊接成全体叶盘结构中。叶片的工作条件多为高温、高压、高转速、气流交变等恶劣环境，常用单晶资料制备叶片，而叶片环基体资料则多用高温合金。因此，在叶片环制作过程


中涉及到单晶与高温合金异种资料的激光焊技能。尽管，近年来各种高温合金及其激光焊接均有很多研讨，但关于高温合金与单晶的异种资料焊接研讨较少[6-10]。别的，高温合金与单晶异种资料的焊接中，焊缝中合金元素稀释或者添加都会改动接头的安排成分，影响其力学功能。本实验选


取常见的单晶资料DD407以及高温合金材GH1140进行激光对接实验，经过改动光束偏移量来调整焊缝中合金元素的含量，剖析光束偏移量关于该异种金属的激光焊接接头力学功能及安排特征的影响。

1 实验

实验资料选用固溶态GH1140铁镍基高温合金板材和DD407镍基单晶棒材。两资料的化学成分如表1及表2所示。GH1140高温合金试样加工成板状，其显微安排如图1所示， 尺度为40mmx20mmx 1.5mm。DD407镍基单晶则由原始棒材经线切割加工成1.5mm厚的薄片圆，垂直于成长方向的横


截面安排描摹如图2所示，

DD407半圆片的直径边与GH1140板材进行激光对接。GH1140安排首要为奥氏体基体，腐蚀后在其品内及晶界上能够观察到块状金黄色TiN和灰色Tic.DD 407显微安排首要由基体相y相和强化相y相组成，品粒取向共同。y相是由很多固溶元素组成的具有面心立方结构的镍基奥氏体相。y相是


以Ni：Al为基的金属间化合物，其体积分数高达70%，y相是从y相上共格析出的，与y相相同也具有面心立方结构。焊前将试样外表和对接端面用砂纸打磨，去除外表氧化层和油污，然后选用丙酮清洗并吹干。焊接实验所用设备为德国R OF IN公司出产的FL 020型光纤激光器。焊后截取接头


横截面金相试样，分别选用CuSO， 溶液(10mLHC 1+2gCuSOq+50mLH， O) 、FeCl， 乙醇溶液(20mLCyH， OH+4mLHC 1+1gFeCl)和王水(10mLHNO， +30mLHC 1) 对DD 407、GH 1140及焊缝进行腐蚀，在体式显微镜和MR5000倒置金相显微镜下观察焊缝截面微观描摹和接头金相安


排。由于资料尺度限制，接头拉伸试样线切割加工为18mmx 1.5mmx 0.3mm非标准样， 其间， 沿焊接方向的切割厚度为0.3mm，深度方向为1.5mm。选用Instron 5543型微拉伸实验机对接头进行拉伸实验， 每个光束偏移量条件下取3组拉伸数据，得到相应条件下的平均拉伸强度。选用


WT-401MVDE型显微硬度计丈量焊缝横截面上水平中心线的硬度散布，测验标距为0.1mm。采Oxford Inca X-Act型能谱仪对焊接接头进行能谱剖析。经过很多工艺预实验确认焊接最佳参数如下

：激光功率1300W， 焊接速度20mms， 光斑直径0.6mm，离焦量0mm，保护气为工业纯Ar，气流量为10Lm in.经过预实验及焊缝宽度的丈量， 确认光束偏移量为±0.2mm。界说光束倾向DD407时的方向为正，

光束偏移量的设置如图3所示。

2 结果及剖析

2.1 光束偏移量对接头拉伸强度的影响

表3列出了光束偏移量分别为+0.2、0、-0.2mm情况下的接头室温拉伸强度数据.图4为典型的拉伸试样开裂方位图，在不同的光束偏移量条件下，接头均开裂在GH1140母材侧。经测验GH 1140母材的抗拉强度为452MPa。依据表3数据，发现光束偏移量对接头的拉伸强度影响不大， 接头抗拉



强度在(450±13.5) MPa左右， GH 1140母材的强度决定了接头的强度，单纯从接头强度需求动身，光束偏移量为0时，接头抗拉强度较高。

2.2

接头的显微安排

对比不同光束偏移量条件下的接头横截面描摹，发现其全体微观描摹不同不大。因此，取光束偏移量为0时的典型接头进行安排剖析。典型接头的横截面微观描摹如图5所示。从图5中能够看出，焊缝中未见裂纹、气孔等缺点，焊缝上宽下窄，最宽处到达2mm左右，而下面熔宽在0.6mm左


右，呈典型的“酒杯状”，并以激光作用中心为基准对称散布，这符合连续激光焊焊缝的特点。焊缝横截面上半区呈“洋葱环”状，存在分层现象，这是由于异种金属在激光高能束热源作用下熔化，熔池对称流动，不同的熔化金属不完全混合，且激光的快速加热及冷却使得熔池中金属来不及均匀


化。图6为图5中各区扩大图

。图6a为GH1140熔合线邻近的显微安排图，由图可见，对比母材的等轴晶安排(如图1)，焊缝内侧为粗大的枝状晶，枝状晶的成长方向根本垂直于熔合线且向中心成长，依据母材的安排特征，枝状晶骨干为面心立方结构的镍基奥氏体相，即y相，枝晶间存在必定的成分偏析，表现出颜色的差


异.原先存在于母材中的块状Ti(CN)颗粒消失.DD407侧焊缝也呈现枝状晶安排，如图6b，枝晶的成长方向显着不同，一个垂直于熔合线，而另一个垂直于母材的[001]方向。依据DD407母材的安排剖析，靠近DD407侧焊缝的枝晶骨干为安排y相，而晶间为y相。由于DD407母材中y相古70%的


体积比，在快速加热冷却的激光焊条件下，安排成分不可能均匀化。焊缝近上外表中心区的安排形状如图6c所示。由图可见，原先部分垂直于熔合线成长的枝晶，其成长方向发生改变，两侧都变为垂直于母材的[001]方向，而且在焊缝中心上侧呈现了一个等轴晶区，如图6c中虚线区域。成长


方向的改动是择优成长的结果，成长方向首要有两个，温度梯度方向及最易成长方向。在焊缝中心，温度梯度的影响越来越小，最易成长方向起决定作用，因此呈现成长方向改动的现象。

2.3 光束偏移量对接头显微硬度的影响图7为不同光束偏移量条件下，近上外表水平线上，接头显微硬度的散布情况。

由图可见，接头的显微硬度改变趋势共同，即从GH1140侧经焊缝到DD407侧，其显微硬度呈逐渐递加趋势，而且都高于GH1140母材，这也应证了拉伸实验中接头都开裂在GH1140母材上的实验结果。GH1140母材侧熔合线邻近没有呈现显着的软化或硬化，这首要跟焊接办法有关，激光焊接


接头的热影响区较窄。当光束偏移量为-0.2mm时，焊缝区全体的微观硬度与GH1140母材不同不大。相应地，光束倾向DD407越多，DD407的熔合量添加，焊缝显微硬度也添加，但都小于DD407母材的显微硬度。

3 讨 论

经过对接头显微硬度散布剖析发现，光束偏移量对接头的显微硬度散布有显着的影响，关于GH1140同种

资料激光焊来说，焊缝的显微硬度较母材是下降的，首要由于焊缝安排以奥氏体y枝晶状为基，而GH1140母材原有的一次碳化物强化相削减，因此，导致其硬度值的下降[。关于DD407/GH1140异种资料衔接而言，在不同的光束偏移量条件下，焊缝的显微硬度相当于或显着高于GH1140母



材，如图7所示。形成焊缝显微硬度发生改变的原因有多种，如元素含量的改变、安排成分的改变、晶粒的巨细、固溶强化、强化相的析出等等112].当焊缝近似以激光作用中心为基准对称散布时，焊缝中元素含量能够选用下式进行量化.

式中，t为焊缝中某种元素的质量分数，ot：和r：分别为2种母材中该元素的质量分数，S和AS分别为焊缝面积及光束偏移所改动区域的面积。

具体核算如下：焊缝自上而下顺次划分为2.07mmx 0.2mm的矩形及底边长分别为2.07，0.56和0.68mm的2个等腰梯形，如图5所示，焊缝总面积约1.7mm.在光束偏移量为0.2mm时，光束偏移所改动区域的面积约0.2mmx 1.5mm， 两者面积比AS/S约为0.17.将母材成分代入公式进行核算，理


论核算结果列于表4，同时对不同光束偏移量下的实践焊缝，对应于图5中D区，进行能谱剖析，其实测结果列于表5。从表中能够看出，部分元素含量与理论剖析值较为共同。与

GH1140母材成分比较，焊缝中Ni，Al，Co，W等合金元素含量升高。其间，Co，W等合金元素使得焊缝

安排的固溶强化作用进步。而Ni，A1元素的添加使得焊缝中y相量添加，从而使得焊缝的显微硬度升高。元素含量的不同会改动焊缝的安排成分。依据两母材安排成分的剖析，GH1140安排首要为奥氏体y

相基体，而DD407则是由体积分数高达70%的y相和30%的y相组成。在不同光束偏移量条件下，DD407在焊缝中熔合量发生改变，形成y强化相含量不同，最终导致其硬度散布的差异。经过理论公式确认y'相在焊缝中的含量，如式(2)所示，

式中， C和CpD 407分别为焊缝中y相的添加量及DD 407母材中的y相含量，S和AS分别为焊缝面积及光束偏移所改动区域的面积，各面积核算同式(1)，依据式(2)核算可得，在光束偏移量为-0.2和0.2mm时，焊缝中y相的占比顺次添加23.1%和46.9%。因此，y强化相含量的添加也是进步其显



微硬度的原因。别的，就晶粒巨细而言，焊缝中的枝晶尺度大于DD407母材但小于GH1140母材(对比图2和图6可知) 。依据Hall-Petch公式， 多晶体的屈服强度与其品粒巨细成反比，因此，焊缝显微硬度高于GH1140母材，而低于DD407母材

4 结 论

1)DD407与GH1140的异种激光焊接头强度在(450±13.5) MPa左右， 接头均开裂于GH 1140母材， 光

束偏移量对接头的拉伸强度影响不大，首要取决于GH1140母材的强度。2)DD407与GH1140的异种激光焊焊缝横截面呈典型的“酒杯状".GH1140侧焊缝为粗大的枝状晶，枝状晶的成长方向根本垂直于熔合线：DD407侧焊缝同为枝状晶，但呈现两个显着不同的成长方向：焊缝中心偏上区域呈



现等轴晶安排.

3)接头的显微硬度从GH1140侧经焊缝到DD407侧呈逐渐递加趋势，而且都高于GH1140母材。W，Co等元素的固溶强化、y强化相含量的添加、晶粒巨细的改变是显微硬度上升的原因。