摘要：从航空发动机焊接技术入手，综述了国外航空发动机所使用的先进焊接新材料。其新材料包括金属间化合物、复合材料、高温钛合金材料、氧化物弥散强化（ODS）合金等；并对国外相关材料的研究情况进行了详细描述。
关键词：航空发动机；焊接技术；焊接新材料
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1概述
焊接技术是航空发动机结构制造的关键技术，也是确保发动机结构完整性不可缺少的手段。目前，国外航空发动机应用的先进焊接技术有摩擦焊、激光焊、电子束焊及钎焊等，其使用的先进材料包括金属间化合物、复合材料、高温钛合金材料和氧化物弥散强化（ODS）合金等。
2新材料焊接技术
2.1金属间化合物的焊接
金属间化合物与常规合金相比具有高熔点、低密度、优异的高温强度、高的导热率，同时具有好的抗氧化、抗腐蚀性能。它是处于高温合金和陶瓷材料之间的一种新型材料，因而成为航空发动机高温部件的理想材料。当前国外四代机开发和应用的重点是钛铝和镍铝两种金属间化合物。钛铝金属间化合物目前正在研制的有二种，一是α2合金（Ti3Al）、一是γ合金（TiAl）。美国GE公司已用α2合金锻造了压气机叶片及F404用的主排气密封片，用γ合金铸造了CF-6第一级涡轮叶片及T-700压气机机匣，这些零件都分别进行了发动机试验。
金属间化合物各种材料的应用比较如图2.1
图2.1 现今及未来应用的材料比较
2.2 复合材料的焊接
2.2.1陶瓷及陶瓷基复合材料的焊接
Si3N4和SiC是两种很有应用前途的高温结构陶瓷材料。钎焊和扩散焊是连接陶瓷及陶瓷与金属最有效的方法，但目前的连接接头的强度及耐热温度跟实用要求相比仍有很大差距。
国外在研究陶瓷与金属连接用的新型高温钎料中，较多地设计含有贵重金属或以贵重金属Au、Pd、Pt、Ag-Pd为基的钎料成分，到目前为止获得较好结果的有Ni-Cr-Pd、Au-Ni-Cr-Fe-Mo-Ni-V-Mo钎料，但耐热温度一般不超过700 0C。
国外有设计Ni-20.35Cr-10.04Si （at.%）钎料进行Si3N4/Si3N4的连接报道，即使用Cr作为活性元素以在界面上形成CrN等化合物反应层。形成的接头700℃～900℃高温下四点弯曲强度可稳定达到200MPa～220MPa，但其室温强度明显偏低，仅为118 MPa。
对于SiC陶瓷的钎焊，取得较好结果的是Ni-50Ti （at.%）钎料，对应的SiC/SiC陶瓷钎焊接头在室温、300℃和700℃剪切强度分别为158MPa、316MPa和260MPa，但其耐热温度仍较低。
2.2.2热塑性树脂复合材料的焊接
复合材料既能减轻重量，又具有隐身特性。目前，复合材料在军用航空发动机中的用量已占结构重量的3%左右，采用耐高温的先进复合材料对提高军用航空发动机的推重比发挥重要作用。对热塑性树脂复合材料焊接可用超声波焊、电阻焊、微波焊，也可采用感应钎焊方法，钎料为带有镍镀层的碳纤维与树脂组成的预形片。碳纤维表面镀镍主要是提高其导电导热性，增强其感应加热效果。
2.2.3金属基复合材料的焊接
当前最受航空界重视的是连续碳化硅增强钛基或钛铝金属间化合物基复合材料，其次是纤维增强铝基复合材料。基于高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料（SiCp/Al），其轻质价廉、低膨胀、高导热的电子封装新材料在机载相控阵雷达上的应用前景极为广阔，而Al/TiC复合材料在航空发动机上的应用也有先例和研究。R.Garcia曾提出了一种采用间接电弧（IEA）的MIG焊工艺。采用该工艺焊接Al/TiC复合材料，得到的焊缝均匀，克服了直接电弧（DEA）MIG焊缝上部展宽现象，增强体TiC的溶解也大为减轻。
2.3 高温钛合金材料的焊接
钛合金是20世纪出现的最引人注目的新型金属材料。Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo （Ti-6246）是一种可热处理的高强度钛合金，最初问世于20世纪60年代，-锻造条件下的Ti-6246合金近年来倍受关注，应用于450℃高温航空发动机的压气机部分，代替常规使用的合金，如：Ti-6Al-4V或Ti-6242S。与这两种合金相比，-锻造的Ti-6246显示出更高的强度等级与更好的韧性。这一组合性能使该合金尤其适用于航空发动机压气机盘和整体叶盘（BLISKs）。其常采用的是惯性摩擦焊和电子束焊技术。
2.4 氧化物弥散强化（ODS）合金
通过机械合金化工艺制成的氧化物弥散强化（ODS）合金是高温合金发展的新领域，美国等西方发达国家都极为重视，有的合金已成熟进入小批量生产，主要研发用于涡轮喷气发动机。
氧化物弥散强化（ODS）合金MA956的焊接是国外研究的重点。国外在选用MA956合金时，主要是铁基材料，选用MA956铁基材料的化学成分在表1中给出。
经过大量的实验验证，选用MA956铁基材料进行摩擦焊接，热轧MA956板材含有带弯曲晶界的极不规则晶粒。粒径分布很广，从几微米到几毫米长不等。在整个截面分布很均匀的是少数相对粗大的Ti（C，N）j颗粒。另外，圆形微粒上一些很细小的细脉或微孔主要出现在接近外表面的区域。即使在轻微腐蚀的试样上，也很难根据该精密标度（<1um）区分出颗粒和孔隙。
结语
随着航空工业的快速发展，相关设备的制造对焊接技术提出了越来越多新的要求和挑战。因为焊接技术具有可以明显减轻结构重量、降低制造成本、提高结构性能等优点，开发出的新型材料为先进航空结构设计和制造提供了技术支撑。所以研究各种新型焊接材料对于提高我国的航空水平有着重要的意义。
参考文献
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W. Smarsly， N. Zheng， Advanced high temperature turbine seal materials and designs， MTU Aero Engines.
李晓红.新型航空材料的焊接研究进展.行摩擦焊接，热轧MA956板材含有带弯曲晶界的极不规则晶粒。粒径分布很广，从几微米到几毫米长不等。在整个截面分布很均匀的是少数相对粗大的Ti（C，N）j颗粒。另外，圆形微粒上一些很细小的细脉或微孔主要出现在接近外表面的区域。即使在轻微腐蚀的试样上，也很难根据该精密标度（<1um）区分出颗粒和孔隙。结语随着航空工业的 WWw.808so.com 808论文查重
试议焊接航空发动机先进焊接材料
更新时间：2024-01-20
作者：用户投稿
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