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發動機關鍵部件異種材料激光焊接取得最新進展

柴油發動機作為當今用量最大、用途最廣的熱能機械，在國民經濟中占有重要地位。作為柴油發動機的關鍵部件，渦輪增壓器能有效改善發動機動力性能，其異種材料焊接質量對整機性能有著決定性影響。近期，中科院力學研究所發動機科學與工程聯合實驗室在渦輪增壓器異種材料激光焊接技術方面取得重要進展。與傳統焊接工藝相比，優化后的激光焊接工藝在滿足高焊接強度要求的同時，極大地提高了焊接效率，為提高柴油發動機性能提供了重要技術支持。

在柴油發動機增壓器中，渦輪葉片和渦軸桿的材料分別是鎳基鑄造高溫合金K418和合金中碳調質鋼42CrMo，其中K418合金的Al、Ti元素含量高，42CrMo的碳當量高，對二者進行連接時易形成焊接裂紋、具有淬硬傾向，同時，由于兩種材料的熱物性參數有很大差異，這項制造技術具有很大的挑戰性。目前一般采用摩擦焊進行連接，但焊接強度不高，成形精度較差，并需要二次加工；采用電子束焊接則設備龐大、工藝復雜、環境苛刻，且易產生有害射線。

實驗室首次對K418和42CrMo異種材料合金的激光焊接工藝進行系統深入的研究，在熱裂紋形成機理分析的基礎上，提出了預防熱裂紋解決方法；通過優化工藝參數和后熱處理有效地抑制了低熔點、硬脆的Laves有害相的形成。基于激光與異種材料相互作用機理，創造性地提出了錐形熱源與沿深度方向衰減的圓柱熱源復合熱源模型來模擬焊接過程；通過控制激光在時間和空間的能量分布，解決了由于異種金屬熱物理性質的差異而出現的焊縫偏熔和未熔合現象。研究表明，采用優化后的焊接工藝可以保證焊縫抗拉強度高于母材。


(源自：科學網)