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發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件異種材料激光焊接取得最新進(jìn)展

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為當(dāng)今用量最大、用途最廣的熱能機(jī)械，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，渦輪增壓器能有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，其異種材料焊接質(zhì)量對(duì)整機(jī)性能有著決定性影響。近期，中科院力學(xué)研究所發(fā)動(dòng)機(jī)科學(xué)與工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在渦輪增壓器異種材料激光焊接技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。與傳統(tǒng)焊接工藝相比，優(yōu)化后的激光焊接工藝在滿足高焊接強(qiáng)度要求的同時(shí)，極大地提高了焊接效率，為提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能提供了重要技術(shù)支持。

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器中，渦輪葉片和渦軸桿的材料分別是鎳基鑄造高溫合金K418和合金中碳調(diào)質(zhì)鋼42CrMo，其中K418合金的Al、Ti元素含量高，42CrMo的碳當(dāng)量高，對(duì)二者進(jìn)行連接時(shí)易形成焊接裂紋、具有淬硬傾向，同時(shí)，由于兩種材料的熱物性參數(shù)有很大差異，這項(xiàng)制造技術(shù)具有很大的挑戰(zhàn)性。目前一般采用摩擦焊進(jìn)行連接，但焊接強(qiáng)度不高，成形精度較差，并需要二次加工；采用電子束焊接則設(shè)備龐大、工藝復(fù)雜、環(huán)境苛刻，且易產(chǎn)生有害射線。

實(shí)驗(yàn)室首次對(duì)K418和42CrMo異種材料合金的激光焊接工藝進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，在熱裂紋形成機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)防熱裂紋解決方法；通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和后熱處理有效地抑制了低熔點(diǎn)、硬脆的Laves有害相的形成。基于激光與異種材料相互作用機(jī)理，創(chuàng)造性地提出了錐形熱源與沿深度方向衰減的圓柱熱源復(fù)合熱源模型來(lái)模擬焊接過(guò)程；通過(guò)控制激光在時(shí)間和空間的能量分布，解決了由于異種金屬熱物理性質(zhì)的差異而出現(xiàn)的焊縫偏熔和未熔合現(xiàn)象。研究表明，采用優(yōu)化后的焊接工藝可以保證焊縫抗拉強(qiáng)度高于母材。


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