固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金及其與異種材料焊接研究進(jìn)展*

陳國(guó)慶， 張 戈， 劉 政， 樹(shù) 西， 張秉剛

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150001；2.西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，西安710100 ）

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金是以Ni作為基體元素，通過(guò)添加固溶強(qiáng)化元素對(duì)γ奧氏體基體進(jìn)行強(qiáng)化的一類鎳基合金。固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金的使用溫度通常在800℃以下，但在一些對(duì)高溫耐腐蝕性要求較高的場(chǎng)合，其使用溫度可達(dá)到1200℃[1]。由于這類合金具有組織穩(wěn)定性好，服役溫度高等優(yōu)勢(shì)，因而在航空航天、石油化工以及核工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[2–3]。

高溫合金使用條件極為嚴(yán)苛，結(jié)構(gòu)零件通常較為復(fù)雜，如渦輪葉片、渦輪盤(pán)等，這些結(jié)構(gòu)的連接離不開(kāi)焊接技術(shù)的支持[4]。近年來(lái)，針對(duì)固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在焊接工藝優(yōu)化、焊縫組織轉(zhuǎn)變等方面開(kāi)展了大量的研究工作。因此，本文將根據(jù)不同的焊接方法對(duì)固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金及其與異種材料的焊接研究進(jìn)行綜述。

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接性研究

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金加入了諸如Cr、Mo、W、Nb等合金元素，使合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能及高溫性能并得到廣泛的應(yīng)用，因而開(kāi)展固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接性的研究就顯得尤為重要。

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金的焊接性與合金化學(xué)成分以及焊接方法密切相關(guān)，其焊接過(guò)程中常出現(xiàn)焊接裂紋和氣孔等缺陷，表1列出了幾種典型固溶強(qiáng)化高溫合金存在的焊接缺陷[5–8]。對(duì)于合金化程度較高的合金，焊接時(shí)易出現(xiàn)凝固裂紋，因此需合理調(diào)整焊接工藝。而采用高能束焊接方法對(duì)固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金進(jìn)行焊接時(shí)，由于焊縫冷卻速度極快，焊接時(shí)易產(chǎn)生氣孔缺陷。Lippold等[9]借助可變拘束法研究了Inconel 617，Inconel 625以及Haynes 230W固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金填充金屬的凝固裂紋敏感性，表2詳細(xì)羅列了這3種合金的化學(xué)成分。617合金和Haynes 230W合金中含有較多的高熔點(diǎn)元素，如Mo、W，有利于提高接頭的高溫強(qiáng)度。同時(shí)，二者的凝固范圍小，焊縫由單一γ相組成，裂紋敏感性較低，耐腐蝕性能好。對(duì)于625合金，由于含有較多Nb元素，焊縫內(nèi)出現(xiàn)了NbC和Laves相，焊縫凝固溫度范圍擴(kuò)大，會(huì)增大接頭的裂紋敏感性。然而，當(dāng)拘束度較低時(shí)，焊縫凝固后期，焊縫中大量富鈮的液態(tài)金屬會(huì)通過(guò)反填促進(jìn) “裂紋愈合”，因此表現(xiàn)出較低的裂紋敏感性，但在晶界區(qū)域出現(xiàn)了Nb元素的富集，導(dǎo)致晶內(nèi)和晶界成分差異大而惡化接頭的耐腐蝕性能。

表1 典型固溶強(qiáng)化高溫合金常見(jiàn)焊接缺陷Table 1 Common welding defects of typical solution strengthened superalloys

表2 617、625、Haynes 230W高溫合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Chemical composition of 617, 625, Haynes 230W superalloys（mass fraction） %

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接研究現(xiàn)狀

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接廣泛采用氬弧焊、激光焊、電子束焊以及釬焊、擴(kuò)散焊、摩擦焊等焊接方法。隨著固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金應(yīng)用需求的提高以及焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)于固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接的研究也逐漸由同種金屬焊接向異種合金焊接擴(kuò)展，目前已取得了一定的成果。

1 氬弧焊

氬弧焊是一種應(yīng)用廣泛的電弧焊接方法，由于采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，其焊縫成形質(zhì)量好，成本低，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此受到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的青睞。

Sharma等[10]采用鎢極氬弧焊方法對(duì)C–276固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金及Grade 321不銹鋼進(jìn)行了鎢極氬弧焊接。研究結(jié)果顯示，兩種材料焊接性較好，焊縫中出現(xiàn)了富Mo析出相，接頭強(qiáng)度較高，拉伸時(shí)斷裂于不銹鋼母材金屬一側(cè)。Perricone等[11]采用Fe–Ni–Cr–Mo和Ni–Cr–Mo系固溶強(qiáng)化高溫合金填充金屬對(duì)AL–6XN合金進(jìn)行鎢極氬弧焊時(shí)也觀察到了這種脆性相。他們指出，焊縫冷卻過(guò)程中Mo元素會(huì)發(fā)生偏析，在較低溫度下促使焊縫中分別形成γ/σ和γ/P脆性金屬間化合物共晶相，如圖1[11]所示。

圖1 焊縫共晶相Fig.1 Eutectic phase in weld

Wang等[12]開(kāi)展了GH99高溫合金TIG焊接試驗(yàn)，并對(duì)接頭顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果顯示，焊接電流增大導(dǎo)致熔池中的熱輸入增大，熔深熔寬也相應(yīng)增大。但當(dāng)焊接電流過(guò)大時(shí)，焊縫中缺陷增多，同時(shí)過(guò)熱區(qū)內(nèi)析出的脆性相數(shù)量也相應(yīng)增多。

Ghasemi等[13]采用鎢極氬弧焊方法對(duì)Hastelloy X合金進(jìn)行焊接并研究了接頭組織與力學(xué)性能的聯(lián)系。試驗(yàn)結(jié)果顯示，鎢極氬弧焊方法熱輸入大，導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)M6C碳化物出現(xiàn)液化。同時(shí)，在焊縫內(nèi)部晶界區(qū)域出現(xiàn)了σ脆性相以及凝固微裂紋，對(duì)接頭性能產(chǎn)生不良影響。

Kangazian等[14]研究了焊接電流模式對(duì)UNS S32750不銹鋼和UNS N08825鎳基高溫合金焊接接頭組織以及耐腐蝕性的影響。采用連續(xù)電流焊接時(shí)，焊縫組織存在明顯的織構(gòu)，而采用脈沖電流時(shí)則不存在明顯織構(gòu)，如圖2[14]所示。正是由于焊縫組織隨機(jī)的晶粒取向，采用脈沖電流焊接時(shí)，接頭的耐腐蝕性能也顯著提高。

圖2 不同電流模式下焊縫金屬極圖與反極圖Fig.2 Pole diagram and reverse pole diagram of the weld under different current modes

綜上可知，高溫合金氬弧焊靈活性較強(qiáng)，但由于氬弧焊方法焊接熱輸入大，熱影響區(qū)大，焊接接頭冷卻速度慢，易導(dǎo)致焊縫凝固裂紋和熱影響區(qū)液化裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬偏析，對(duì)接頭耐腐蝕性產(chǎn)生不良影響。因此有必要進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究，以克服上述問(wèn)題。

2 激光焊

激光焊是以高能激光束作為焊接熱源對(duì)工件進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)快速焊接的方法。激光焊接能量密度高，自動(dòng)化水平高，焊接變形小，可用于復(fù)雜零件的焊接。

玉昆[15]對(duì)GH3535高溫合金進(jìn)行激光焊接，研究了不同工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形的影響。結(jié)果表明，采用連續(xù)激光模式易產(chǎn)生焊接氣孔，隨著功率的增大，氣孔率逐漸減小。而采用脈沖激光模式時(shí)，焊縫成形明顯改善且氣孔率大幅減小，當(dāng)脈沖頻率達(dá)到30Hz時(shí)，氣孔率僅有0.238%，對(duì)接頭性能幾乎沒(méi)有影響。

Pakniat等[7]研究了脈沖激光焊接對(duì)Hastelloy X合金焊接裂紋的影響。結(jié)果顯示，采用脈沖模式焊接時(shí)焊縫內(nèi)易產(chǎn)生凝固裂紋，隨著脈沖頻率和脈沖持續(xù)時(shí)間的增加，焊接熱裂紋形成趨勢(shì)逐漸降低，但是裂紋依然存在。而采用連續(xù)激光焊接時(shí)，凝固裂紋可完全消除。

沈麗霞[16]采用光纖激光器實(shí)現(xiàn)了GH3030高溫合金的激光焊接。研究結(jié)果表明，焊接熱輸入過(guò)大會(huì)導(dǎo)致焊縫嚴(yán)重下塌。當(dāng)激光功率為3kW，焊接速度為3m/min時(shí)，接頭成形良好，焊縫組織由胞狀晶和樹(shù)枝晶組成，接頭平均抗拉強(qiáng)度為640.324MPa，可達(dá)到母材強(qiáng)度的97%。

為揭示焊接熱循環(huán)對(duì)于Inconel 690鎳基高溫合金焊縫顯微組織及接頭抗晶間腐蝕性能的影響，Lee等[17–18]開(kāi)展了Inconel 690合金的激光焊接研究。結(jié)果顯示，焊接時(shí)焊縫冷卻速度極快，可達(dá)到212.6℃/s，導(dǎo)致焊縫冷卻過(guò)程中Cr元素來(lái)不及向晶界析出，在晶界區(qū)域形成富Cr碳化物沉淀相，同時(shí)也避免了晶內(nèi)貧Cr區(qū)的生成，因而相比于弧焊接接頭表現(xiàn)出更好的抗晶間腐蝕能力，圖3[18]所示為經(jīng)過(guò)腐蝕測(cè)試后的焊縫顯微組織，焊縫組織未表現(xiàn)出明顯的晶間腐蝕跡象。

圖3 腐蝕測(cè)試后的焊縫顯微組織形貌Fig.3 Microstructure of weld after corrosion test

馮威琦等[19]針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水冷壁T型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了GH3128/06Cr19Ni10異種材料焊接。試驗(yàn)結(jié)果顯示，GH3128/06Cr19Ni10異種材料焊接時(shí)易在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)形成裂紋。采用連續(xù)激光焊接時(shí)，焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，當(dāng)焊接速度小于2.0m/min，激光功率在1000W附近且配合間隙小于0.2mm時(shí)能夠克服焊接裂紋，實(shí)現(xiàn)兩種材料的無(wú)裂紋焊接。

綜合上述研究結(jié)果可知，激光焊接方法靈活性較高，可適應(yīng)多種工況。但是，激光焊接時(shí)易產(chǎn)生等離子氣體，加之鎳基高溫合金焊接時(shí)液態(tài)金屬黏性大、流動(dòng)性較差，且焊縫冷卻速度快，這些氣體在焊縫中極易形成氣孔缺陷，對(duì)焊接接頭性能產(chǎn)生不良影響。

3 電子束焊接

電子束焊接方法與激光焊接方法類似，也屬于高能束焊接方法。相比于傳統(tǒng)的熔化焊接和激光焊接，電子束焊接能量利用率高，熔深大，熔寬小，具有真空保護(hù)，非常適合厚板焊接以及精度要求較高的焊接。由于高溫合金多用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等精度要求較高的零部件，因此非常適合采用電子束焊接方法。

Ahmad等[8]采用電子束焊接方法對(duì)Hastelloy C–276鎳基高溫合金進(jìn)行電子束焊接，結(jié)果顯示焊縫晶粒發(fā)生明顯細(xì)化，接頭硬度相比于與母材金屬提高了35%，同時(shí)焊接缺陷如氣孔和微裂紋數(shù)量大大減少，但仍有小尺寸氣孔存在。

蔡宏中等[20]對(duì)鉑基合金和GH3128鎳基高溫合金開(kāi)展了電子束焊接研究。結(jié)果顯示，二者焊接性良好，并未出現(xiàn)焊接裂紋及氣孔缺陷，焊縫平均硬度值達(dá)到371.8HV，高于鉑基合金母材和GH3128母材，且焊縫斷口位于鉑基母材一側(cè)，斷口由細(xì)小韌窩組成，為典型的韌性斷裂。Sang等[21]采用真空電子束焊接方法對(duì)熔點(diǎn)相差巨大的GH3128合金和Ta進(jìn)行了焊接研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電子束偏向Ta側(cè)0.5mm時(shí)，可有效抑制焊接裂紋，接頭最高抗拉強(qiáng)度可達(dá)277MPa。

為克服Nb與GH3128異種材料熔化焊接難題，本文作者對(duì)Nb/GH3128異種材料進(jìn)行了電子束焊接研究。結(jié)果顯示，直接焊接時(shí)，由于Nb母材金屬熔化量較大，在焊縫內(nèi)部形成了大量富Nb脆性相，導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生開(kāi)裂。當(dāng)采用偏束焊接時(shí)，將電子束偏向GH3128母材金屬一側(cè)可減少Nb母材金屬的熔化，形成類熔釬焊接頭，實(shí)現(xiàn)了Nb/GH3128異種材料的無(wú)裂紋焊接，如圖4所示。

圖4 Nb/GH3128電子束焊接接頭形貌Fig.4 Morphology of electron beam welded Nb/GH3128 joint

綜上可見(jiàn)，固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金與異種材料電子束焊接時(shí)，由于兩種母材金屬冶金相容性差，易生成脆性金屬間化合物導(dǎo)致接頭開(kāi)裂。通過(guò)電子束偏移，可以有效控制兩種母材金屬的熔化量，避免大量脆性相的生成，實(shí)現(xiàn)無(wú)裂紋焊接。

與激光焊接相比，電子束焊接方法由于具有真空保護(hù)，冷卻速度極快，焊接熱影響區(qū)小，非常適合于高溫合金與異種材料的連接，尤其是高溫合金與高熔點(diǎn)金屬的連接。但由上述研究可知，由于電子束能量密度大，冷卻速度快，仍會(huì)有小尺寸的氣孔存在。因此，固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金電子束焊接工藝還有待進(jìn)一步優(yōu)化。

4 釬焊

釬焊是一種采用熔點(diǎn)比母材金屬低的材料作為釬料，將被焊金屬加熱至高于釬料熔點(diǎn)而低于母材熔點(diǎn)的溫度，使釬料在母材金屬表面潤(rùn)濕鋪展，并與母材金屬發(fā)生一定的物理化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)二者可靠連接的焊接方法。由于釬焊時(shí)母材金屬不發(fā)生熔化，非常適合于異種金屬的連接，因此也成為鎳基高溫合金與其他材料連接的重要方法。

Yang等[22]采用Ag–Cu–Ti釬料對(duì)SiCf/SiC和GH536合金進(jìn)行釬焊連接，該釬料能夠與復(fù)合材料基體發(fā)生充分反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)其與GH536合金的有效連接。在焊接溫度為1050℃，保溫時(shí)間為10min時(shí)，接頭最高剪切強(qiáng)度達(dá)到36MPa。

李鐸等[23]采用BNi82CrSiB釬料對(duì)GH3128高溫合金進(jìn)行焊接，通過(guò)改變釬焊溫度，保溫時(shí)間以及釬料類型研究了焊接工藝對(duì)接頭組織性能的影響。研究結(jié)果顯示，釬焊溫度以及保溫時(shí)間的增加有利于釬料向母材內(nèi)部擴(kuò)散，并且采用非晶態(tài)釬料更有利于細(xì)化晶粒，提高接頭力學(xué)性能。采用非晶釬料在1250℃保溫30min時(shí)，接頭的最高抗拉強(qiáng)度可達(dá)到691MPa。

楊斯楠等[24]采用Ni–Cr–Fe基釬料開(kāi)展了Hastelloy X鎳基高溫合金的釬焊連接研究。根據(jù)接頭顯微組織特征差異，焊接接頭可分為凝固區(qū)、擴(kuò)散區(qū)和基體區(qū)3部分，如圖5[24]所示。凝固區(qū)主要由γ基體相和M3B2析出相組成，而擴(kuò)散區(qū)則由γ基體相以及3種不同形態(tài)的析出相組成。凝固區(qū)和擴(kuò)散區(qū)的析出相均為脆性相，其最大硬度為406HV。

圖5 釬焊接頭形貌Fig.5 Morphology of brazed joint

胡勝鵬等[25]采用非晶態(tài)的BNi–2釬料對(duì)高鈮TiAl合金和GH3536合金開(kāi)展了釬焊研究。結(jié)果顯示，釬焊接頭形成過(guò)程可分為固相擴(kuò)散、液相生成、等溫?cái)U(kuò)散凝固以及殘余液相析出4個(gè)階段，如圖6[25]所示。隨著釬焊溫度的升高，接頭抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，接頭最大室溫抗剪強(qiáng)度為106.8MPa，斷口呈現(xiàn)出典型的脆性斷裂特征。Sim?es等[26]采用Ag–Cu釬料對(duì)γ–TiAl合金及Hastelloy鎳基合金進(jìn)行釬焊研究，在焊接溫度為980℃，保溫時(shí)間為10min時(shí)實(shí)現(xiàn)了二者的無(wú)裂紋連接，避免了釬縫內(nèi)部粗大金屬間化合物顆粒的生成。

圖6 高鈮TiAl/GH3536釬焊接頭形成示意圖Fig.6 Formation of high Nb containing TiAl / GH3536 brazed joint

由此可見(jiàn)，由于焊接溫度低于母材金屬熔點(diǎn)，釬焊連接接頭焊接殘余應(yīng)力小，可大幅降低固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金接頭的裂紋敏感性。但是，釬焊連接存在接頭強(qiáng)度低，接頭高溫性能差的問(wèn)題。因此，急需開(kāi)發(fā)新型高溫釬料，提高接頭強(qiáng)度及高溫性能。

5 擴(kuò)散焊

擴(kuò)散焊是在一定高溫條件下對(duì)焊接表面施加法向壓力，使待焊工件接觸面發(fā)生一定程度的變形，形成瞬時(shí)液相，通過(guò)接觸面原子間的相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)材料的可靠連接的焊接方法。擴(kuò)散焊接溫度低于母材熔點(diǎn)，采用整體加熱，焊接殘余應(yīng)力小，廣泛應(yīng)用于異種材料焊接。

柏洪武等[27]對(duì)TC4/Inconel 625異種材料開(kāi)展了真空擴(kuò)散連接，研究了不同保溫時(shí)間對(duì)接頭組織和力學(xué)性能的影響。當(dāng)保溫時(shí)間為3min時(shí)，擴(kuò)散連接界面生成了Ti2Ni、TiNi和TiNi3金屬間化合物反應(yīng)層，當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)至5min時(shí)，反應(yīng)層的厚度也由3μm擴(kuò)展至6μm，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能大幅下降。在保溫時(shí)間為3min時(shí)，接頭具有最佳力學(xué)性能，其強(qiáng)度可達(dá)到580MPa。

為了降低GH3128和TC4異種材料連接溫度，Zhang等[28–29]采用置氫擴(kuò)散連接方法對(duì)GH3128/TC4異種材料連接進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，置氫處理能夠促進(jìn)界面原子間的相互擴(kuò)散，在TC4合金中置氫0.3%時(shí)便可使反應(yīng)層厚度增大33%，但接頭最高剪切強(qiáng)度僅有92MPa。為實(shí)現(xiàn)二者的高強(qiáng)連接，作者采用Nb/Ni復(fù)合中間層對(duì)GH3128/TC4異種金屬進(jìn)行擴(kuò)散連接，在860℃/100min/10MPa條件下接頭最高抗剪強(qiáng)度達(dá)到了245MPa。

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金擴(kuò)散焊接由于采用整體加熱方式，相比于熔化焊接，接頭的殘余應(yīng)力小，裂紋敏感性低。現(xiàn)有研究結(jié)果顯示，焊接接頭室溫性能較好，但其高溫性能依然有待提高，同時(shí)由于焊縫組織分布不均勻，其高溫組織穩(wěn)定性仍需進(jìn)一步改善。

6 摩擦焊

摩擦焊是利用材料接觸面間的相互摩擦或焊具與工件之間摩擦產(chǎn)生的熱量作為焊接熱源，使工件在一定壓力作用下發(fā)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)可靠連接的焊接方法。摩擦焊焊接速度快，效率高，且能夠避免母材金屬的熔化，非常適合異種材料的連接。

Song等[30]采用攪拌摩擦焊接方法對(duì)Inconel 600高溫合金和SS 400不銹鋼搭接接頭進(jìn)行焊接，獲得了無(wú)裂紋、無(wú)孔洞缺陷的焊接接頭。焊接接頭Inconel 600焊核區(qū)晶粒顯著細(xì)化，晶粒平均尺寸由母材金屬的20μm降至8.5μm，接頭機(jī)械性能得到有效提高。

Kangazian等[31]采用攪拌摩擦焊接方法成功實(shí)現(xiàn)了Incoloy 825和2507雙相不銹鋼的無(wú)裂紋焊接。由于焊后焊縫晶粒細(xì)化，焊核區(qū)硬度高于母材金屬，且接頭抗拉強(qiáng)度與Incoloy 825母材金屬相當(dāng)，接頭斷裂模式為典型的韌性斷裂。

Ma等[32]采用不同工藝對(duì)GH3044固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金進(jìn)行線性摩擦焊接，焊接過(guò)程中，焊縫組織經(jīng)歷了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程，促使焊縫晶粒發(fā)生細(xì)化，焊接接頭顯微硬度及拉伸力學(xué)性能均高于母材金屬。

綜上可知，摩擦焊接適合于高溫合金及其與異種材料的連接，由于焊接過(guò)程中母材金屬不發(fā)生熔化，可避免焊縫內(nèi)脆性金屬間化合物的生成，因而有利于焊接裂紋的控制。同時(shí)，由于機(jī)械摩擦過(guò)程中焊縫區(qū)域發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程，有利于焊縫力學(xué)性能的提高。但是，摩擦焊接會(huì)受到接頭形式的制約，同時(shí)焊接區(qū)域易產(chǎn)生氧化夾雜，對(duì)焊縫性能產(chǎn)生不良影響。

7 復(fù)合焊接方法

復(fù)合焊接方法是將兩種或多種物理性質(zhì)和能量傳遞形式完全不同的熱源復(fù)合在一起共同作為焊接熱源，充分發(fā)揮不同熱源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可靠連接的焊接方法。目前，關(guān)于固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接的研究多采用單一熱源，涉及復(fù)合焊接熱源的研究極少，現(xiàn)有文獻(xiàn)包含激光–電弧復(fù)合焊接以及激光輔助攪拌摩擦焊接。

Liu等[33]采用激光–電弧復(fù)合熱源對(duì)大厚度GH909合金板材進(jìn)行焊接，在適當(dāng)工藝條件下實(shí)現(xiàn)了GH909厚板單面焊雙面成形，并且得到了理想的酒杯狀焊縫截面形貌。但是由于焊縫中存在氣孔缺陷，接頭抗拉強(qiáng)度也因此受到一定程度的影響，達(dá)到母材金屬的76.84%。

Song等[34]采用激光輔助攪拌摩擦焊方法實(shí)現(xiàn)了Inconel 600固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金的高強(qiáng)焊接。使用YAG激光作為預(yù)熱源有效地提高了焊接速度，焊縫晶粒尺寸顯著細(xì)化，接頭顯微硬度增大至250HV，接頭最高抗拉強(qiáng)度也達(dá)到了758MPa，焊接接頭的機(jī)械性能得到了明顯地改善。

復(fù)合焊接方法能夠充分發(fā)揮不同焊接方法的優(yōu)勢(shì)，并克服其缺點(diǎn)，在固溶強(qiáng)化高溫合金焊接研究中展現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值。但類似激光–電弧復(fù)合焊接仍存在焊接氣孔問(wèn)題。因此，有必要進(jìn)一步開(kāi)展高溫合金復(fù)合熱源焊接的相關(guān)研究，使高溫合金復(fù)合熱源焊接工藝更加成熟可靠。

結(jié)論與展望

固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金在航空航天及核工業(yè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)固溶強(qiáng)化高溫合金焊接開(kāi)展了大量的研究，并在固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接裂紋形成機(jī)理、工藝優(yōu)化方面取得了一定的成果。不可否認(rèn)的是固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金的焊接仍存在一些問(wèn)題，如氬弧焊接焊縫組織偏析，接頭裂紋敏感性較高，耐腐蝕性較差；高能束焊接氣孔缺陷仍未解決；釬焊、擴(kuò)散焊接頭強(qiáng)度較低，有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型釬料及中間金屬等。針對(duì)上述問(wèn)題，固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金焊接后續(xù)研究可從如下4方面進(jìn)行突破。

（1）針對(duì)焊縫組織偏析問(wèn)題，可在焊接過(guò)程中引入磁場(chǎng)，改善液態(tài)金屬的成分均勻性，同時(shí)可采取一定措施提高焊縫冷卻速度，如隨焊急冷法，改善焊縫組織偏析問(wèn)題，提高接頭耐腐蝕性能。

（2）固溶強(qiáng)化鎳基高溫合金高能束焊接時(shí)，可開(kāi)展類似脈沖激光–電弧復(fù)合焊接工藝，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，減少焊接氣孔的生成。高溫合金電子束焊接時(shí)可引入脈沖及電子束掃描，改善液態(tài)金屬的流動(dòng)性，減少氣孔生成。

（3）高溫合金釬焊擴(kuò)散焊接可開(kāi)發(fā)新型耐高溫釬料及中間層金屬，如高熵合金釬料及高熵合金中間層金屬，改善焊縫高溫性能，提高接頭強(qiáng)度。

（4）高溫合金摩擦焊接時(shí)可引入與氧親和力較高且能夠起到一定強(qiáng)化作用的合金元素，如Hf，改善氧化物夾雜對(duì)接頭性能的影響。