国内镍基高温合金的焊接研究现状
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钎焊与扩散焊的发展以及新型高 性能材料在航空发动机制造中的应用 需求，使得镍基单晶高温合金焊接得 到了发展。新型钎焊与过渡液相扩散 焊技术具有基体材料不熔化，接头组 织与基体相同，高温性能与基体相同 或相近，零件整体均匀加热，焊后内 应力和变形小，可以实现某些其他连 接方法难以实现的复杂精细结构件的 制造等一系列优点。
华中科技大学的熊建钢［１１］等人研 究了镍基高温合金ＧＨ１４０的激光焊接， 获得深宽比较大、组织细密、热影响 区非常窄的焊缝，并且分析了主要工 艺参数对焊缝形状的影响及接头的显 微组织特征和显微硬度变化，在焊缝 及热影响区中没有发现裂纹等焊接缺 陷。
清华大学的孙鸿卿等人［１２］对定向 凝固镍基高温合金上激光熔覆Ｉｎｃｏｎｅｌ ７３８的裂纹敏感性问题进行了系统的研 究，试验后采用光学显微镜和扫描电 镜进行显微组织的观察，利用能谱仪 分析熔覆层的成分，利用Ｘ射线衍射仪
专 题 综 述 TOPIC SUMMARY 焊接行业热点话题、重点方向的专题阐述与分析
P国内镍基高温合金的焊接研究现状 resent situation about welding research ofnickel-base high-temperature alloy at home
山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 李亚江 夏春智 山东大学材料科学与工程学院 石 磊
中国科学院金属腐蚀与防护国家 重点实验室的郭文渊［１５］等人对Ｃ６ｙ、Ｋ２４ 和Ｋ１７三种镍基超合金的几种材料的
Ｊ－ ２ 现代焊接 ２０１０年第７期 总第９１期
Ｔｏｐｉｃ Ｓｕｍｍａｒｙ 专 题 综 述
Ｎｄ－ＹＡＧ激光熔敷涂层行为进行了试验 研究，通过熔覆不同涂层使得这几种 镍基超合金的裂纹敏感性得到大大改 善，甚至抑制了基体上裂纹的产生， 并使熔覆层与基材的界面处形成一白 亮的熔合区，达到冶金结合。
清华大学的李晓莉［１４］等人在高温 合金Ｋ４０３基体上进行激光熔覆试验研 究，分析基体组织状态、熔覆层材料 和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的 影响，发现激光熔覆时大多数裂纹是 从基体侧形成后深入到熔覆层中，基 体组织中缩松等 铸造缺陷及晶界低熔 点共晶的存在也是熔覆层开裂的重要 原因，同时研究还发现通过加入适量 的稀土氧化物有助于减少或消除裂纹， 在基体上熔覆无Ｂ、Ｓｉ元素的合金更易 消除熔覆层裂纹。
作者简介： 李亚江（１９５４－），男，博士毕业于山东大学， 所学专业：焊接，山东大学教授（博士生导师），从事异 种材料及特种焊接技术的教学与科研工作。
是镍基高温合金，同时镍基高温合金 还是目前航空发动机和工业燃汽轮机 等热端部件的主要用材，在先进发动 机中这种合金的重量占５０％以上［５］。
从高温合金的发展史来看，高温 合金经历了变形高温合金、普通铸造 高温合金、定向凝固高温合金、单晶 高温合金４个阶段。其中镍基单晶高温 合金作为目前制造先进航空发动机和 燃汽轮机叶片的主要材料，世界各国 都十分重视对镍基单晶高温合金的研 制与开发应用［３－５］ 。
现代焊接 ２０１０年第７期 总第９１期 Ｊ－１
专 题 综 述 ＴｏｐｉｃＳｕｍｍａｒｙ
高能束流焊接技术是一种利用激 光束、电子束、等离子弧等高能量密 度的束流作为加工热源，对材料或构 件进行焊接、熔覆的焊接技术［７］。 ２．１．１ 电子束焊接（ＥＷＢ）
电子束焊接不仅是一种柔性很好 的工艺方法，而且可以防止熔化金属 受到氧、氮等有害气体的污染，并且 有利于焊缝金属的除气和净化，焊缝 化学成分纯净，焊接接头强度高、质 量好，所以在发动机制造领域中得到 了广泛的应用，极大地改善了航空发 动机的性能和使用寿命［８］。高真空电子 束焊具有能量密度高、保护条件好、 控制方便等特点，能够实现难熔金属、 活性金属、耐热合金和精密合金等的 焊接，因此镍基高温合金的电子束焊 接，特别是真空电子束焊接也是近期 研究的热点。
［摘要］ 航天工业中镍基高温合金焊接技术的发展和应用对于航空发动机制造有重要的支撑作用，开展镍基高温 合金的焊接及修复技术的研究具有重要的战略意义。本文综述了目前镍基高温合金正在应用或研究的焊接及修复技术， 并简要介绍航天工业中镍基高温合金焊接技术的发展现状。针对目前镍基高温合金所采用的电子束焊接、激光焊及激 光熔覆技术、钎焊及扩散焊、摩擦焊等焊接技术做了介绍，这将有利于今后镍基高温合金焊接技术的进一步完善。
２ 研究现状
镍基高温合金目前广泛研究的焊 接方法有氩弧焊、电子束焊接、钎焊 与扩散焊等焊接技术，但是由于镍基 高温合金中加入了固溶强化元素Ｗ、 Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ等，此外，合金中还 含有微量元素Ｓ、Ｐ、Ｃ、Ｂ等，这些元 素会增大裂纹敏感性，从而造成弥合 裂纹、焊后焊缝易形成组织偏析、析 出脆性相以及其他缺陷均容易导致焊 接接头力学性能及高温持久性下降 。 ［６］ ２．１ 高能束流焊接
华中科技大学武汉光电国家实验 室的熊征［１６］等人对ＧＨ４１３３高温合金叶 片上激光熔覆ｓｔｅｌｌｉｔｅ Ｘ－４０合金的工艺 的研究表明，通过优化激光功率、扫 描速度和粉末厚度，可得到符合尺寸 要求、熔深浅、界面结合完整的熔覆 层，再经过时效处理能够让熔覆层与 基体硬度基本相同从而保证了整体性 能的均匀一致。 ２．２ 钎焊与扩散焊
生裂纹，造成接头性能下降。由于焊 接压力能够影响接头局部塑性变形， 改变被焊金属界面接触状况，消除界 面孔洞，以形成牢固的结合，从而影 响接头的性能，如果压力过大会造成 较大的塑性变形，影响焊接件的尺寸 精度。同时研究发现中间层材料、中 间层厚度、扩散连接时间对于接头的 性能都有很大影响。
北京航空制造工程研究所的张胜 ［１８］等人通过对Ｋ４０３合金采用新型镍基 钎料３Ｐ１进行真空钎焊，得到了与基体 组织相似的钎焊接头，然后对接头微 观组织及连接机制进行分析，对接头 的高温力学性能进行测试，接头高温 性能良好，１０００℃下的高温拉伸强度 可以达到基体强度的９０％，高温持久 强度可以达到基体强度的７０％以上。
清华大学张海泉［９］等人通过对ＧＨ ４１３３镍基高温合金进行真空电子束焊 接，焊后利用金相分析和扫描电镜对 焊接热影响区微裂纹行为分析，发现 镍基高温合金电子束焊接接头具有较 大的裂纹敏感性，接头中的微裂纹都 发生于熔合线附近的热影响区，而焊 缝中未发现微裂纹，但有部分热影响 区微裂纹穿过熔合线透入焊缝，大量 微裂纹在熔合线附近的粗晶晶界形核 并扩展１￣２个晶界距离。同时张海泉等 人的研究还发现热影响区微裂纹分布 特征与熔合区形状和焊接线能量有着 密切的关系，通过改善焊缝成形和减 小焊接速度有助于减小两类热影响区 微裂纹倾向。
进行物相分析，发现在定向凝固镍基 高温合金基体上进行Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８的激光 熔覆的裂纹敏感性非常高，而且裂纹 主要为在熔覆层与定向凝固基体交界 处引发并生长的热裂纹，以及在多层 熔覆过程中熔覆层内部产生的热裂纹； 研究还发现激光熔覆Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８过程中 的热输入量决定裂纹敏感性，研究证 明选择适当的制造工艺方法和激光熔 覆工艺参数可以获得成形良好并且无 裂纹的定向凝固组织。
北京航空航天大学的罗根香 等 ［１３］ 人对Ｋ４１８合金激光熔覆进行了研究， 通过对Ｋ４１８镍基高温合金表面制备了 不同化学成分的Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ涂层，并 分析了不同成分涂层与基体合金的结 合情况，发现Ｎｉ６６．１１Ｃｒ７．３５Ｔｉ１４．３９Ａｌ１２．１５ 熔覆涂层形成了ＴｉＡｌ合金与Ｋ４１８合金 之间成分和性能的良好过渡，为实现 ＴｉＡｌ合金／Ｋ４１８合金异种合金间的扩散 连接提供了良好的组织基础，促进了 ＴｉＡｌ合金／Ｋ４１８异种合金扩散连接研究。
北京航空材料研究院的潘辉［１９］等 人采用钎焊技术对一级、二级镍基高 温合金导向叶片进行修复，通过氟化 物反应及机械方法去除叶片裂纹处的 氧化膜后采用镶块和预填合金粉相结 合的工艺进行补钎焊，修复的叶片获 得了满意的性能。
哈尔滨工业大学的王刚等人［２０］对 Ｋ４６５镍基高温合金进行真空电子束钎 焊研究，试验采用ＭＥＤＡＲＤ４５型真空 电子束焊机对钎料周围进行加热钎焊。 焊后分析了不同工艺参数对接头抗剪 强度的影响，研究发现在界面反应层 中生成５种产物：大量的镍基γ固溶体 和（γ′＋γ）共晶相，大量的富含钨 的Ｎｉ３Ｂ和ＣｒＢ相，以及少量的ＮｂＣ相； 化合物相以细小的块状弥散分布在镍 基固溶体中。同时发现随着束流和加 热时间的增加，接头抗剪强度呈现先
激光焊具有加热集中、热输入量 低、热影响区窄、焊后变形小、适于 焊接难熔及热敏感性强的金属，是当 今先进的制造技术之一；激光熔覆技 术是一种先进的复合材料加工技术， 具有热输入量控制准确、焊接速度高、 冷却速度快、热畸变小、可控性好、 可以获得组织致密、性能优越的堆敷 熔焊层，能够节省高性能的材料，在 航空航天修复中有着广泛的应用。
抚顺石油学院的胡传顺［ １０］等人对 电子束表面凝固处理Ｍ３８Ｇ镍基高温合
金进行了研究，他们采用电子束表面 熔凝处理方法研究了电子束表面熔凝 处理ຫໍສະໝຸດ Baidu３８Ｇ高温合金熔凝层组织和熔凝 层组织对高温氧化的影响，研究发现： ①电子束表面超快速熔凝处理作为表 面改性的新方法可用于材料表面的快 速凝固处理，使材料表面熔凝层晶粒 组织细化；②电子束表面熔凝处理试 样经高温氧化试验测试，表面熔凝层 具有较好的抗高温氧化能力；③熔凝 层的晶粒细化和细小的氧化膜有利于 释放氧化膜应力，使氧化膜不易剥落。 ２．１．２ 激光焊及激光熔覆
近年来，国内外研究者从焊接方 法、工艺参数制定、焊后结合界面组 织、接头使用性能评定等方面对镍基 高温合金焊接做了大量研究，同时随 着电子束焊接、激光焊及激光熔覆技 术、真空扩散焊、瞬间液相扩散连接、
真空电子束钎焊、摩擦焊等各种先进 的连接方法的研究进一步深入，对于 镍基高温合金焊接技术的发展及应用， 以及高温合金连接理论的研究具有重 要的意义。
哈尔滨工业大学的张杰［ １７］等人通 过Ｋ５耐热合金与２Ｃｒ１２ＮｉＷＭｏＶ耐热钢 的真空扩散连接，研究了焊接工艺参 数及中间层厚度对接头组织与性能的 影响规律，他们通过研究发现，扩散 连接温度对接头的微观塑性变形、蠕 变、扩散行为有很大的影响，耐热合 金具有较高的高温强度，因此这两种 材料扩散连接应选较高温度，但温度 过高又会使焊接接头处产生较大塑性 变形，而且在耐热高温合金上极易产
增大再降低的趋势，钎焊接头断口呈 脆性断裂特征。 ２．３ 摩擦焊
摩擦焊是在压力的作用下，通过 摩擦待焊界面使得界面及其附近温度 升高，材料产生塑性变形与流动，通 过界面上的扩散及再结晶冶金反应而 实现连接的一种固态焊接方法。
上海交通大学焊接工程研究所的 杨军［２１］等人对ＧＨ４１６９镍基高温合金的 摩擦焊进行了系统的研究，尤其是焊 接接头的动态再结晶过程、接头晶粒 分布特征、接头的高温性能都进行了 比较系统的研究。他们得到了组织、 性能较好的焊接接头，试验发现焊接 接头沿轴向焊合区附近有超细晶／细 晶的晶粒分布，晶粒组织为细小均匀 的等轴晶，研究中还发现对接头进行 时效处理后的焊接接头的高温持久性 能最好，其高温持久性能比直接时效 处理的母材高温持久性能更优；研究 还发现变形温度、变形速度、材料性 质、溶质原子、第二相析出物都对接 头组织的动态再结晶过程有明显的影 响，研究中只发现亚动态再结晶晶粒 而没有静态再结晶晶粒，焊后的接头 组织中得到细晶和超细晶组织。
［关键词］ 镍基高温合金；高能束流焊接；钎焊与扩散焊；摩擦焊
１前言
高温合金是航空发动机的关键材 料，而镍基及镍铁基高温合金是目前 高温合金结构材料的重要组成部分［１］， 镍基高温合金由于具有优异的耐热性 及耐腐蚀性，被称之为“航空发动机 的心脏”，具有组织稳定、工作温度 高、合金化能力强等特点［２］，目前已成 为航空航天、军工、舰艇燃气机、火 箭发动机所必须的重要金属材料，同 时在高温化学、原子能工业及地面涡 轮等领域得到了广泛的应用［３－４］。据统 计，在国外一些先进的飞机发动机中， 高温合金的用量已达发动机重量的５５％ ￣６０％。用于制造涡轮叶片的材料主要
华中科技大学的熊建钢［１１］等人研 究了镍基高温合金ＧＨ１４０的激光焊接， 获得深宽比较大、组织细密、热影响 区非常窄的焊缝，并且分析了主要工 艺参数对焊缝形状的影响及接头的显 微组织特征和显微硬度变化，在焊缝 及热影响区中没有发现裂纹等焊接缺 陷。
清华大学的孙鸿卿等人［１２］对定向 凝固镍基高温合金上激光熔覆Ｉｎｃｏｎｅｌ ７３８的裂纹敏感性问题进行了系统的研 究，试验后采用光学显微镜和扫描电 镜进行显微组织的观察，利用能谱仪 分析熔覆层的成分，利用Ｘ射线衍射仪
专 题 综 述 TOPIC SUMMARY 焊接行业热点话题、重点方向的专题阐述与分析
P国内镍基高温合金的焊接研究现状 resent situation about welding research ofnickel-base high-temperature alloy at home
山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 李亚江 夏春智 山东大学材料科学与工程学院 石 磊
中国科学院金属腐蚀与防护国家 重点实验室的郭文渊［１５］等人对Ｃ６ｙ、Ｋ２４ 和Ｋ１７三种镍基超合金的几种材料的
Ｊ－ ２ 现代焊接 ２０１０年第７期 总第９１期
Ｔｏｐｉｃ Ｓｕｍｍａｒｙ 专 题 综 述
Ｎｄ－ＹＡＧ激光熔敷涂层行为进行了试验 研究，通过熔覆不同涂层使得这几种 镍基超合金的裂纹敏感性得到大大改 善，甚至抑制了基体上裂纹的产生， 并使熔覆层与基材的界面处形成一白 亮的熔合区，达到冶金结合。
清华大学的李晓莉［１４］等人在高温 合金Ｋ４０３基体上进行激光熔覆试验研 究，分析基体组织状态、熔覆层材料 和熔覆工艺参数对熔覆层裂纹倾向的 影响，发现激光熔覆时大多数裂纹是 从基体侧形成后深入到熔覆层中，基 体组织中缩松等 铸造缺陷及晶界低熔 点共晶的存在也是熔覆层开裂的重要 原因，同时研究还发现通过加入适量 的稀土氧化物有助于减少或消除裂纹， 在基体上熔覆无Ｂ、Ｓｉ元素的合金更易 消除熔覆层裂纹。
作者简介： 李亚江（１９５４－），男，博士毕业于山东大学， 所学专业：焊接，山东大学教授（博士生导师），从事异 种材料及特种焊接技术的教学与科研工作。
是镍基高温合金，同时镍基高温合金 还是目前航空发动机和工业燃汽轮机 等热端部件的主要用材，在先进发动 机中这种合金的重量占５０％以上［５］。
从高温合金的发展史来看，高温 合金经历了变形高温合金、普通铸造 高温合金、定向凝固高温合金、单晶 高温合金４个阶段。其中镍基单晶高温 合金作为目前制造先进航空发动机和 燃汽轮机叶片的主要材料，世界各国 都十分重视对镍基单晶高温合金的研 制与开发应用［３－５］ 。
现代焊接 ２０１０年第７期 总第９１期 Ｊ－１
专 题 综 述 ＴｏｐｉｃＳｕｍｍａｒｙ
高能束流焊接技术是一种利用激 光束、电子束、等离子弧等高能量密 度的束流作为加工热源，对材料或构 件进行焊接、熔覆的焊接技术［７］。 ２．１．１ 电子束焊接（ＥＷＢ）
电子束焊接不仅是一种柔性很好 的工艺方法，而且可以防止熔化金属 受到氧、氮等有害气体的污染，并且 有利于焊缝金属的除气和净化，焊缝 化学成分纯净，焊接接头强度高、质 量好，所以在发动机制造领域中得到 了广泛的应用，极大地改善了航空发 动机的性能和使用寿命［８］。高真空电子 束焊具有能量密度高、保护条件好、 控制方便等特点，能够实现难熔金属、 活性金属、耐热合金和精密合金等的 焊接，因此镍基高温合金的电子束焊 接，特别是真空电子束焊接也是近期 研究的热点。
［摘要］ 航天工业中镍基高温合金焊接技术的发展和应用对于航空发动机制造有重要的支撑作用，开展镍基高温 合金的焊接及修复技术的研究具有重要的战略意义。本文综述了目前镍基高温合金正在应用或研究的焊接及修复技术， 并简要介绍航天工业中镍基高温合金焊接技术的发展现状。针对目前镍基高温合金所采用的电子束焊接、激光焊及激 光熔覆技术、钎焊及扩散焊、摩擦焊等焊接技术做了介绍，这将有利于今后镍基高温合金焊接技术的进一步完善。
２ 研究现状
镍基高温合金目前广泛研究的焊 接方法有氩弧焊、电子束焊接、钎焊 与扩散焊等焊接技术，但是由于镍基 高温合金中加入了固溶强化元素Ｗ、 Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ等，此外，合金中还 含有微量元素Ｓ、Ｐ、Ｃ、Ｂ等，这些元 素会增大裂纹敏感性，从而造成弥合 裂纹、焊后焊缝易形成组织偏析、析 出脆性相以及其他缺陷均容易导致焊 接接头力学性能及高温持久性下降 。 ［６］ ２．１ 高能束流焊接
华中科技大学武汉光电国家实验 室的熊征［１６］等人对ＧＨ４１３３高温合金叶 片上激光熔覆ｓｔｅｌｌｉｔｅ Ｘ－４０合金的工艺 的研究表明，通过优化激光功率、扫 描速度和粉末厚度，可得到符合尺寸 要求、熔深浅、界面结合完整的熔覆 层，再经过时效处理能够让熔覆层与 基体硬度基本相同从而保证了整体性 能的均匀一致。 ２．２ 钎焊与扩散焊
生裂纹，造成接头性能下降。由于焊 接压力能够影响接头局部塑性变形， 改变被焊金属界面接触状况，消除界 面孔洞，以形成牢固的结合，从而影 响接头的性能，如果压力过大会造成 较大的塑性变形，影响焊接件的尺寸 精度。同时研究发现中间层材料、中 间层厚度、扩散连接时间对于接头的 性能都有很大影响。
北京航空制造工程研究所的张胜 ［１８］等人通过对Ｋ４０３合金采用新型镍基 钎料３Ｐ１进行真空钎焊，得到了与基体 组织相似的钎焊接头，然后对接头微 观组织及连接机制进行分析，对接头 的高温力学性能进行测试，接头高温 性能良好，１０００℃下的高温拉伸强度 可以达到基体强度的９０％，高温持久 强度可以达到基体强度的７０％以上。
清华大学张海泉［９］等人通过对ＧＨ ４１３３镍基高温合金进行真空电子束焊 接，焊后利用金相分析和扫描电镜对 焊接热影响区微裂纹行为分析，发现 镍基高温合金电子束焊接接头具有较 大的裂纹敏感性，接头中的微裂纹都 发生于熔合线附近的热影响区，而焊 缝中未发现微裂纹，但有部分热影响 区微裂纹穿过熔合线透入焊缝，大量 微裂纹在熔合线附近的粗晶晶界形核 并扩展１￣２个晶界距离。同时张海泉等 人的研究还发现热影响区微裂纹分布 特征与熔合区形状和焊接线能量有着 密切的关系，通过改善焊缝成形和减 小焊接速度有助于减小两类热影响区 微裂纹倾向。
进行物相分析，发现在定向凝固镍基 高温合金基体上进行Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８的激光 熔覆的裂纹敏感性非常高，而且裂纹 主要为在熔覆层与定向凝固基体交界 处引发并生长的热裂纹，以及在多层 熔覆过程中熔覆层内部产生的热裂纹； 研究还发现激光熔覆Ｉｎｃｏｎｅｌ７３８过程中 的热输入量决定裂纹敏感性，研究证 明选择适当的制造工艺方法和激光熔 覆工艺参数可以获得成形良好并且无 裂纹的定向凝固组织。
北京航空航天大学的罗根香 等 ［１３］ 人对Ｋ４１８合金激光熔覆进行了研究， 通过对Ｋ４１８镍基高温合金表面制备了 不同化学成分的Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ涂层，并 分析了不同成分涂层与基体合金的结 合情况，发现Ｎｉ６６．１１Ｃｒ７．３５Ｔｉ１４．３９Ａｌ１２．１５ 熔覆涂层形成了ＴｉＡｌ合金与Ｋ４１８合金 之间成分和性能的良好过渡，为实现 ＴｉＡｌ合金／Ｋ４１８合金异种合金间的扩散 连接提供了良好的组织基础，促进了 ＴｉＡｌ合金／Ｋ４１８异种合金扩散连接研究。
北京航空材料研究院的潘辉［１９］等 人采用钎焊技术对一级、二级镍基高 温合金导向叶片进行修复，通过氟化 物反应及机械方法去除叶片裂纹处的 氧化膜后采用镶块和预填合金粉相结 合的工艺进行补钎焊，修复的叶片获 得了满意的性能。
哈尔滨工业大学的王刚等人［２０］对 Ｋ４６５镍基高温合金进行真空电子束钎 焊研究，试验采用ＭＥＤＡＲＤ４５型真空 电子束焊机对钎料周围进行加热钎焊。 焊后分析了不同工艺参数对接头抗剪 强度的影响，研究发现在界面反应层 中生成５种产物：大量的镍基γ固溶体 和（γ′＋γ）共晶相，大量的富含钨 的Ｎｉ３Ｂ和ＣｒＢ相，以及少量的ＮｂＣ相； 化合物相以细小的块状弥散分布在镍 基固溶体中。同时发现随着束流和加 热时间的增加，接头抗剪强度呈现先
激光焊具有加热集中、热输入量 低、热影响区窄、焊后变形小、适于 焊接难熔及热敏感性强的金属，是当 今先进的制造技术之一；激光熔覆技 术是一种先进的复合材料加工技术， 具有热输入量控制准确、焊接速度高、 冷却速度快、热畸变小、可控性好、 可以获得组织致密、性能优越的堆敷 熔焊层，能够节省高性能的材料，在 航空航天修复中有着广泛的应用。
抚顺石油学院的胡传顺［ １０］等人对 电子束表面凝固处理Ｍ３８Ｇ镍基高温合
金进行了研究，他们采用电子束表面 熔凝处理方法研究了电子束表面熔凝 处理ຫໍສະໝຸດ Baidu３８Ｇ高温合金熔凝层组织和熔凝 层组织对高温氧化的影响，研究发现： ①电子束表面超快速熔凝处理作为表 面改性的新方法可用于材料表面的快 速凝固处理，使材料表面熔凝层晶粒 组织细化；②电子束表面熔凝处理试 样经高温氧化试验测试，表面熔凝层 具有较好的抗高温氧化能力；③熔凝 层的晶粒细化和细小的氧化膜有利于 释放氧化膜应力，使氧化膜不易剥落。 ２．１．２ 激光焊及激光熔覆
近年来，国内外研究者从焊接方 法、工艺参数制定、焊后结合界面组 织、接头使用性能评定等方面对镍基 高温合金焊接做了大量研究，同时随 着电子束焊接、激光焊及激光熔覆技 术、真空扩散焊、瞬间液相扩散连接、
真空电子束钎焊、摩擦焊等各种先进 的连接方法的研究进一步深入，对于 镍基高温合金焊接技术的发展及应用， 以及高温合金连接理论的研究具有重 要的意义。
哈尔滨工业大学的张杰［ １７］等人通 过Ｋ５耐热合金与２Ｃｒ１２ＮｉＷＭｏＶ耐热钢 的真空扩散连接，研究了焊接工艺参 数及中间层厚度对接头组织与性能的 影响规律，他们通过研究发现，扩散 连接温度对接头的微观塑性变形、蠕 变、扩散行为有很大的影响，耐热合 金具有较高的高温强度，因此这两种 材料扩散连接应选较高温度，但温度 过高又会使焊接接头处产生较大塑性 变形，而且在耐热高温合金上极易产
增大再降低的趋势，钎焊接头断口呈 脆性断裂特征。 ２．３ 摩擦焊
摩擦焊是在压力的作用下，通过 摩擦待焊界面使得界面及其附近温度 升高，材料产生塑性变形与流动，通 过界面上的扩散及再结晶冶金反应而 实现连接的一种固态焊接方法。
上海交通大学焊接工程研究所的 杨军［２１］等人对ＧＨ４１６９镍基高温合金的 摩擦焊进行了系统的研究，尤其是焊 接接头的动态再结晶过程、接头晶粒 分布特征、接头的高温性能都进行了 比较系统的研究。他们得到了组织、 性能较好的焊接接头，试验发现焊接 接头沿轴向焊合区附近有超细晶／细 晶的晶粒分布，晶粒组织为细小均匀 的等轴晶，研究中还发现对接头进行 时效处理后的焊接接头的高温持久性 能最好，其高温持久性能比直接时效 处理的母材高温持久性能更优；研究 还发现变形温度、变形速度、材料性 质、溶质原子、第二相析出物都对接 头组织的动态再结晶过程有明显的影 响，研究中只发现亚动态再结晶晶粒 而没有静态再结晶晶粒，焊后的接头 组织中得到细晶和超细晶组织。
［关键词］ 镍基高温合金；高能束流焊接；钎焊与扩散焊；摩擦焊
１前言
高温合金是航空发动机的关键材 料，而镍基及镍铁基高温合金是目前 高温合金结构材料的重要组成部分［１］， 镍基高温合金由于具有优异的耐热性 及耐腐蚀性，被称之为“航空发动机 的心脏”，具有组织稳定、工作温度 高、合金化能力强等特点［２］，目前已成 为航空航天、军工、舰艇燃气机、火 箭发动机所必须的重要金属材料，同 时在高温化学、原子能工业及地面涡 轮等领域得到了广泛的应用［３－４］。据统 计，在国外一些先进的飞机发动机中， 高温合金的用量已达发动机重量的５５％ ￣６０％。用于制造涡轮叶片的材料主要