【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于镍基合金焊接，尤其涉及镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法及系统。
技术介绍
1、随着新能源产业的快速发展，风电、光伏等间歇性电力高比例接入，电网调峰矛盾日益加剧。因此，建设以深度调峰为主要目的的储能型光热电站，实现连续、稳定、可调度的高品质电力输出，是解决清洁能源消纳问题，构建以新能源为主体的新型电力系统的重要手段和关键支撑。虽然光热发电产业链已经相对完整成熟，但是部分核心环节依然存在技术短板，比如约束和驱动熔盐流动换热的吸热管、熔盐泵和熔盐阀等关键零部件的可靠成形依然是制约光热电站及熔盐储能系统快速开发和部署的主要技术瓶颈。塔式熔盐光热电站集热器吸热管是保证光热电站不间断长寿命高效经济运行的核心部件，吸热管长40m、直径21mm、壁厚1.2mm，采用inconel 625高温合金卷曲焊接而成。塔式熔盐光热电站吸热管屏长期工作在高热流、非稳态以及轴向与周向均属非均匀受热的工况，在熔盐腐蚀及热应力等多重载荷的作用下，极易从焊缝等薄弱位置“爆管”。因此，光热电站集热器超长薄壁高温合金焊接管材具有相当高的制造难度和技术门槛，仍没有形成批量制造与质量控制的关键技术体系。
2、inconel 625合金是以mo、nb为主要强化元素的固溶型镍基合金，广泛用于800℃以下要求中等强度和极好抗腐蚀性能相结合的应用场合。inconel 625合金的焊接性、力学性能和抗腐蚀性能极大地受控于焊接接头熔合区凝固过程中合金元素的再分配行为和其造成的显微组织。对于分配系数较小的mo、nb等合金元素，在熔池快速凝固过程中会
3、镍基高温合金焊接接头的抗腐蚀性能高度依赖于析出相的结构形态及空间占比。inconel 625合金焊接过程中形成的laves相、mc相和γ′相及高温使役条件下形成的m23c6和δ相对晶间腐蚀性能都有不利的影响，这些析出相的形态、分布和含量高度依赖于nb和cr等合金元素的偏析。因此，调控焊接过程熔池的传质传热，抑制柱状亚晶外延生长造成合金元素的偏析，可以有效弱化析出相生成的热力学驱动力；构织焊缝晶粒结构特征，减小大角度晶界的占比，可以有效调控析出相长大的动力学条件。焊接成形工艺参数对微观组织的影响主要反映在焊接过程中熔池金属的温度梯度和凝固速度。温度梯度和凝固生长速率的时空变化决定了凝固组织的形核长大及柱状-等轴转变的过程。通过选择合适的工艺参数，设计焊缝金属凝固的热过程，可以实现晶粒结构的有效调控。例如，通过调控镍基高温合金增材成形过程中的扫描策略，定制特殊的热过程和凝固模式，可以将目标织构靶向植入到特定位点。除了扫描策略之外，激光束强度的空间和时间调制也可以为特定位点的晶粒结构控制提供额外的自由度。song等人采用振镜激光器作为热源，通过增材制备了inconel625合金，发现振镜激光对熔池的搅拌作用中断了粗大枝晶的生长，断裂的晶粒作为等轴晶生长的核心，可以达到细化晶粒、调控晶界的目的。同时，振镜激光形成的熔池冷却速度快，在laves相形成前，溶质元素被γ基体捕获，从而使沉积层中laves相的体积分数减少一半，抗拉强度和腐蚀性能的增幅分别达到56.95％和62.3％。以上结果表明，通过设计满足目标组织结构及理想析出相对应的复杂热需求的协同调控方法，调控焊缝成形系数、析出相结构形态及小角度晶界取向和等轴晶粒的占比，对提升镍基高温合金焊缝金属的可靠性具有极大的可行性。
4、综上所述，如何调控镍基合金激光焊接接头的组织形态；如何控制镍基合金在激光焊接接头的成分偏析；如何提高镍基合金的抗熔盐腐蚀性能便成为本专利技术要探讨的内容。
5、针对抗熔盐腐蚀inconel 625合金管材制造中焊缝质量调控的问题，通过分析焊接过程中微观组织的成形机制以及在熔盐环境下的损伤特性，本专利技术尝试对熔池凝固过程中的传质传热进行设计，实现镍基高温合金焊接接头抗熔盐腐蚀组织的多维度调控，以实现镍基高温合金可靠焊接的新方法、新工艺，为开发以高可靠、长寿命为特征的熔盐储能系统关键零部件的成形制造及品质管控提供有力的理论与技术支撑。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
6、(1)传统激光焊接以高斯热源为特征的激光焊接接头由外延生长的长尺寸柱状晶交汇于焊缝中心，这种长尺寸的柱状晶生长，使得镍基合金在腐蚀性能和力学性能上具有方向性，从而导致镍基合金综合性能下降。
7、(2)传统激光焊接成形的接头焊缝中心形成亚晶粒尺度的偏析，由于元素偏析引发亚晶界贫cr导致亚晶界无法形成抗熔盐腐蚀的富cr氧化膜，使得接头在熔盐环境下以不均匀腐蚀的形式快速失效。
8、(3)现有镍基合金激光焊接接头因其微观组织成分性能的不均一性，导致镍基合金在光热熔盐环境下的应用可靠性低，维护成本高，寿命短。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，以实现镍基高温合金管材的“去焊缝化”成形，开发处以高可靠、低成本、长寿命为特征的光热熔盐换热装备。
2、本专利技术是这样实现的，镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，包括：选用固溶态的inconel 625进行焊接试验，焊接试板尺寸为160×70×1mm，焊接形式为对接；采用具有“激光振镜+功率调制”双重功能的全域功率调制激光焊接系统，对焊接过程进行精准控制。
3、进一步，全域功率调制激光焊接系统在一个封闭的运动周期(360°)内，可以控制多达36个相位点的功率大小，并且每一个相位点可以随动调整，
4、进一步，通过设置全域功率调制激光36个相位点每一个点的焊接参数，对焊接过程进行精准控制。
5、进一步，焊接前，焊接保护气为纯度为99.99％的氩气，气体流速为10-15l·min-1。
6、进一步，对于全域功率调制激光控制：激光功率1.4-1.6kw(与常规激光焊接相同)，焊接速度10-15mm/s(与常规激光焊接相同)；全域率调制激光振荡频率为100hz，振荡振幅为0.4-0.6mm。
7、进一步，采用减小扫描域边缘能量输入的方式。
8、本专利技术提供了一种全域功率调制激光焊接系统，特别适用于inconel 625镍基合金的焊接，该系统能够实现对接焊接试板的精准焊接，试板尺寸为160×70×1mm，通过“激光振镜+功率调制”的功能，对焊接过程中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，选用固溶态的Inconel 625进行焊接试验，焊接试板尺寸为160×70×1mm，焊接形式为对接；采用具有“激光振镜+功率调制”双重功能的全域功率调制激光焊接系统，对焊接过程进行精准控制。
2.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，全域功率调制激光焊接系统在一个封闭的运动周期内，可以控制多达36个相位点的功率大小，并且每一个相位点可以随动调整。
3.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，通过设置全域功率调制激光36个相位点每一个点的焊接参数，对焊接过程进行精准控制。
4.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，焊接前，焊接保护气为纯度为99.99％的氩气，气体流速为10-15L·min-1。
5.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，对于全域功率调制激光控制：激光功率1.4-1.6kW，焊接速度15mm/s；全域率调制
6.如权利要求1～5任意一项所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法在镍基合金激光焊接领域的应用。
7.一种全域功率调制激光焊接系统，特别适用于Inconel 625镍基合金的焊接，其特征在于，该系统能够实现对接焊接试板的精准焊接，试板尺寸为160×70×1mm，通过“激光振镜+功率调制”的功能，对焊接过程中的激光功率进行全域调制，以控制焊接接头的等轴晶组织。
8.如权利要求7所述的全域功率调制激光焊接系统，其特征在于，该全域功率调制激光焊接系统具备在一个封闭的运动周期内控制多达36个相位点功率大小的能力，每个相位点的功率可根据焊接需求动态调整，从而实现对镍基合金激光焊接接头等轴晶组织的全面控制。
9.如权利要求7所述的全域功率调制激光焊接系统，其特征在于，该系统通过设定36个相位点上的具体焊接参数来精准控制Inconel 625镍基合金的激光焊接过程，确保焊接接头具有优良的等轴晶组织特性。
10.如权利要求7所述的全域功率调制激光焊接系统，其特征在于，该全域功率调制激光焊接系统在焊接前采用纯度为99.99％的氩气作为保护气体，气体流速设置为10-15L·min-1，并能够通过减小扫描域边缘的能量输入来优化焊接接头的微观结构。
...【技术特征摘要】
1.一种镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，选用固溶态的inconel 625进行焊接试验，焊接试板尺寸为160×70×1mm，焊接形式为对接；采用具有“激光振镜+功率调制”双重功能的全域功率调制激光焊接系统，对焊接过程进行精准控制。
2.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，全域功率调制激光焊接系统在一个封闭的运动周期内，可以控制多达36个相位点的功率大小，并且每一个相位点可以随动调整。
3.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，通过设置全域功率调制激光36个相位点每一个点的焊接参数，对焊接过程进行精准控制。
4.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，焊接前，焊接保护气为纯度为99.99％的氩气，气体流速为10-15l·min-1。
5.如权利要求1所述的镍基合金激光焊接接头全域等轴晶组织调控的方法，其特征在于，对于全域功率调制激光控制：激光功率1.4-1.6kw，焊接速度15mm/s；全域率调制激光振荡频率为100hz，振荡振幅为0.4-06mm；采用减小扫描域边缘能量输入的方式。
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【专利技术属性】
技术研发人员：许有伟，石玗，吕召勤，朱明，张文著，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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