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[摘 要]2016年在公司内多次发现加力油管三角座与导管管体配合处主体裂纹故障。由于三角座接头尺寸较短，仅为5.7；且零件形状不规则，各部分壁厚不均匀，感应线圈距离三角座较近，产生的热量被三角座吸收，造成钎料不融化，只能采用手工火焰钎焊，钎焊时加热温度难于控制，容易造成零件过热而产生裂纹；同时GH696合金钎焊时，晶界处存在或产生的低熔点相容易导致液化裂纹，零件手工火焰钎焊合格率仅为70%。
[关键词]加热温度难于控制 液化裂纹 高频钎焊
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0298-01
0、引言
针对加力油管裂纹故障情况及理化分析报告，理化检查结论为：裂纹为沿晶裂纹，裂纹内填充了钎焊料，露出外表面的裂纹由于钎料脱落或未填满造成荧光显示；裂纹分布与供油管方向平行，未见裂纹扩展特征；三角座上的沿晶裂纹为制造过程中产生的，与焊接工艺有关。因此攻关组对可能导致加力油管三角座接头钎焊时产生主体裂纹的因素、钎料与GH696合金基体钎焊连接的结合强度、疲劳强度考核、三角座接结构及钎焊工艺改进等方面开展了试验工作。本文主要通过各种相关试验，查找三角座的接头主体裂纹的原因，制定改进措施，进而提高加力油管钎焊合格率、缩短制造周期。
1 三角座主体裂纹原因分析
三角座为高温合金GH2696材料、模锻件，固溶时效HB（d）=3.6～3.3。GH2696合金为铁基时效高温合金，基本成分为Fe-25Ni-12Cr，用少量的钛、铝、钼和微量的硼综合强化。根据固溶时效高温合金GH2696的材料特性，800℃长时间时效，强化相γ’相数量大幅度减少，晶界和晶内析出大量棒状的L相，使强度和韧性明显下降。合金在1020℃以上固溶时MC、MB和η相在晶界明显减少，使晶粒长大。在宏观应力的作用下，组织内部的微观应力超过了弱化的晶界能，于是晶界开始产生裂纹。如图1所示：
2 试验工作内容
2.1 钎焊强度试验
采用HLCuNi30-2-0.2钎料对GH2696合金10件试件进行火焰钎焊。钎焊接头在室温条件的抗拉强度平均值为227.2MPa；钎焊接头在300℃的抗拉强度平均值为157.6MPa。由此说明GH696合金钎焊接头具有足够的强度，钎料与基体的冶金结合相当牢固。
2.2 导管疲劳试验
疲劳试验选用五级应力水平进行，每级应力水平下导管保持振动30分钟，如果未发生频率下降，则继续加载，直至频率下降。试验结果判断，在116MPa、133MPa、148MPa下导管未发生断裂，在162MPa下导管频率下降明显，当频率由190Hz下降至182Hz时，焊缝处出现裂纹。由此证明，焊缝处为該零件的薄弱区。
2.3 导管钎焊工艺试验
因三角座为三角形，形状不规则，各部分薄厚不一，散热、传热不均匀，造成体积应变，进而产生了较大的宏观应力。为提高加力油管产品钎焊合格率，有效控制三角座钎焊时热输入量的均匀性，采用焊前预热焊后缓冷的方法进行工艺试验，均匀预热1.5—2min，焊后缓冷。因加力油管三角座在生产制造过程中为手工火焰钎焊，钎焊时加热温度难于控制，即使这样零件钎焊合格也不高，只能达到70%。
2.4 三角座结构及工艺改进
目前该类零件钎焊合格率约为70%。由于三角座接头尺寸较短，仅为5.7mm，感应线圈距离三角座较近，产生的热量被三角座吸收，造成钎料不融化，无法进行钎焊。因现有三角座接头无法实现高频感应钎焊，工厂采用三角座接头模拟件，材料与原材料一致，采用自由锻（原零件为模锻件），加长三角座接头长度，进行高频感应钎焊工艺试验。改进后的三角座接头结构主要区别在于接头长度，原接头长度为5.7，加长后为18.7，可以实现零件的高频钎焊。
将19件三角座机加工完成后，目视检查未发现裂纹，对三角座接头进行荧光检查合格，三角座接头未发现裂纹。但在加力油管高频钎焊过程中发现，因三角座材料为GH2696，该种材料为铁镍基时效型高温合金，其表面张力较大，钎焊时钎料不易润湿、渗透。因此高频钎焊前在焊缝上涂适量钎剂，以改善钎料的润湿效果。
3 试验结果分析
原结构三角座加热时需对整个三角座加热至接近钎料熔化温度，加热时间长，总热输入量大，三角座高温停留时间长，易造成三角座过热和晶界低熔点相熔化，诱发裂纹产生。而三角座接头加长后，高频钎焊时加热区域控制在接头区域，三角座本体只接受来自接头处传导过来的热量，仅加热接头即能完成焊接过程，不承受直接加热，同时加热时间较原结构接头大幅缩短约80%，总加热热量大幅减少，显著降低了GH696合金三角座过热和晶界低熔点相熔化的风险，有效的减少裂纹产生的条件。
4 结束语
目前加力油管的三角座已按试验结论更改为加长接头结构，钎焊工艺方法由原来的手工火焰钎焊更改为高频钎焊。通过生产过程中的批量跟踪验证，加长三角座的加力油管接头钎焊缝X光检查及荧光检查情况的跟踪，钎焊缝渗透量（设计要求渗透深度5mm）一次合格率100%、荧光检查合格率100%，产品质量稳定。
参考文献
[1] 结构件制造技术/《透平机械现代制造技术丛书》编委会-北京：科学出版社.
[2] 《实用金属切削加工工艺手册》，陈家芳，清华大学出版社，2006.11.
作者简介
訾雁，性别：女，单位：中国航发黎明高工，一直从事导管加工专业，主要研究发动机导管小半径弯曲、异型管成型及总管弯曲成型及焊接等加工工艺技术。
[关键词]加热温度难于控制 液化裂纹 高频钎焊
中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0298-01
0、引言
针对加力油管裂纹故障情况及理化分析报告，理化检查结论为：裂纹为沿晶裂纹，裂纹内填充了钎焊料，露出外表面的裂纹由于钎料脱落或未填满造成荧光显示；裂纹分布与供油管方向平行，未见裂纹扩展特征；三角座上的沿晶裂纹为制造过程中产生的，与焊接工艺有关。因此攻关组对可能导致加力油管三角座接头钎焊时产生主体裂纹的因素、钎料与GH696合金基体钎焊连接的结合强度、疲劳强度考核、三角座接结构及钎焊工艺改进等方面开展了试验工作。本文主要通过各种相关试验，查找三角座的接头主体裂纹的原因，制定改进措施，进而提高加力油管钎焊合格率、缩短制造周期。
1 三角座主体裂纹原因分析
三角座为高温合金GH2696材料、模锻件，固溶时效HB（d）=3.6～3.3。GH2696合金为铁基时效高温合金，基本成分为Fe-25Ni-12Cr，用少量的钛、铝、钼和微量的硼综合强化。根据固溶时效高温合金GH2696的材料特性，800℃长时间时效，强化相γ’相数量大幅度减少，晶界和晶内析出大量棒状的L相，使强度和韧性明显下降。合金在1020℃以上固溶时MC、MB和η相在晶界明显减少，使晶粒长大。在宏观应力的作用下，组织内部的微观应力超过了弱化的晶界能，于是晶界开始产生裂纹。如图1所示：
2 试验工作内容
2.1 钎焊强度试验
采用HLCuNi30-2-0.2钎料对GH2696合金10件试件进行火焰钎焊。钎焊接头在室温条件的抗拉强度平均值为227.2MPa；钎焊接头在300℃的抗拉强度平均值为157.6MPa。由此说明GH696合金钎焊接头具有足够的强度，钎料与基体的冶金结合相当牢固。
2.2 导管疲劳试验
疲劳试验选用五级应力水平进行，每级应力水平下导管保持振动30分钟，如果未发生频率下降，则继续加载，直至频率下降。试验结果判断，在116MPa、133MPa、148MPa下导管未发生断裂，在162MPa下导管频率下降明显，当频率由190Hz下降至182Hz时，焊缝处出现裂纹。由此证明，焊缝处为該零件的薄弱区。
2.3 导管钎焊工艺试验
因三角座为三角形，形状不规则，各部分薄厚不一，散热、传热不均匀，造成体积应变，进而产生了较大的宏观应力。为提高加力油管产品钎焊合格率，有效控制三角座钎焊时热输入量的均匀性，采用焊前预热焊后缓冷的方法进行工艺试验，均匀预热1.5—2min，焊后缓冷。因加力油管三角座在生产制造过程中为手工火焰钎焊，钎焊时加热温度难于控制，即使这样零件钎焊合格也不高，只能达到70%。
2.4 三角座结构及工艺改进
目前该类零件钎焊合格率约为70%。由于三角座接头尺寸较短，仅为5.7mm，感应线圈距离三角座较近，产生的热量被三角座吸收，造成钎料不融化，无法进行钎焊。因现有三角座接头无法实现高频感应钎焊，工厂采用三角座接头模拟件，材料与原材料一致，采用自由锻（原零件为模锻件），加长三角座接头长度，进行高频感应钎焊工艺试验。改进后的三角座接头结构主要区别在于接头长度，原接头长度为5.7，加长后为18.7，可以实现零件的高频钎焊。
将19件三角座机加工完成后，目视检查未发现裂纹，对三角座接头进行荧光检查合格，三角座接头未发现裂纹。但在加力油管高频钎焊过程中发现，因三角座材料为GH2696，该种材料为铁镍基时效型高温合金，其表面张力较大，钎焊时钎料不易润湿、渗透。因此高频钎焊前在焊缝上涂适量钎剂，以改善钎料的润湿效果。
3 试验结果分析
原结构三角座加热时需对整个三角座加热至接近钎料熔化温度，加热时间长，总热输入量大，三角座高温停留时间长，易造成三角座过热和晶界低熔点相熔化，诱发裂纹产生。而三角座接头加长后，高频钎焊时加热区域控制在接头区域，三角座本体只接受来自接头处传导过来的热量，仅加热接头即能完成焊接过程，不承受直接加热，同时加热时间较原结构接头大幅缩短约80%，总加热热量大幅减少，显著降低了GH696合金三角座过热和晶界低熔点相熔化的风险，有效的减少裂纹产生的条件。
4 结束语
目前加力油管的三角座已按试验结论更改为加长接头结构，钎焊工艺方法由原来的手工火焰钎焊更改为高频钎焊。通过生产过程中的批量跟踪验证，加长三角座的加力油管接头钎焊缝X光检查及荧光检查情况的跟踪，钎焊缝渗透量（设计要求渗透深度5mm）一次合格率100%、荧光检查合格率100%，产品质量稳定。
参考文献
[1] 结构件制造技术/《透平机械现代制造技术丛书》编委会-北京：科学出版社.
[2] 《实用金属切削加工工艺手册》，陈家芳，清华大学出版社，2006.11.
作者简介
訾雁，性别：女，单位：中国航发黎明高工，一直从事导管加工专业，主要研究发动机导管小半径弯曲、异型管成型及总管弯曲成型及焊接等加工工艺技术。