■ 赵华卫，张志霄

扫码了解更多

表1 激光清洗工艺参数

图1 GH4169合金不同清洗工艺表面

1. 概述

目前，航空工业中，GH4169合金零件真空电子束焊前清理主要靠人工清理，人工清理有劳动强度大、清理一致性差等缺点，很难保证焊接质量的稳定性。激光清理是近几十年发展起来的一种新型清理工艺，随着技术的日趋成熟，激光清洗在工业制造中的应用越来越广泛。不同于传统的清理工艺，激光清理是一种高效快捷、非接触式、无清洗介质的绿色环保的清理技术。

2. 激光清理试验

因目前实际生产中GH4169合金焊前的清洗方法为丙酮清洗，为此本次试验主要进行激光清洗与丙酮清洗效果的对比。试验中GH4169合金激光清洗参数如表1所示。

（1）清洗试样宏观对比 图1为GH4169合金不同清洗工艺表面，从图1可以看出，激光清洗后材料表面油污、氧化皮等已完全去除，露出金属材料本来颜色，宏观观察激光清洗效果要明显优于丙酮清洗。

（2）清洗试样SEM结果 从图2a可以看出，未清洗前GH4169合金表面存在黑色氧化物及较多颗粒状不明杂质；丙酮清洗后材料表面颗粒状不明杂质基本可以完全去除，但是依然有较多黑色物质残留在材料表面，材料表面形貌不均匀，如图2b所示。激光清洗可以将材料表面的黑色氧化物及颗粒状不明杂质彻底清除，如图2c所示。激光清洗后材料表面纹理清晰，纹理间无杂质残留，材料表面形貌一致。结果表明，无论是宏观形貌还是微观检测均可明显看出激光清洗工艺可将GH4169合金表层杂质完全去除，清洗效果明显优于丙酮清洗。

（3）清洗试样EDX结果 为分析不同工艺清洗后GH4169镍基高温合金表面元素种类及元素含量的变化，对基材本身、未清洗表面及不同工艺处理前后材料表面进行了能谱分析。

从图3a可以看出，打磨基材表面有轻微的沿打磨方向的划痕，打磨后材料表面露出明显的金属光泽。能谱分析表明，GH4169高温合金材料本身主要包含元素Ni、Cr、Nb、Fe及少量的Al、O、Ti。未清洗材料表面含有较多的碳元素及氧元素，说明其表面有较多碳氧化物，丙酮清洗后材料表面碳元素可以完全清除，但是其氧元素含量依然较高，而激光清洗后材料表面无碳元素存在，氧元素含量很低，Ni、Cr、Nb、Fe这些主要元素的含量和GH4169基材元素含量基本相当。表2中基材与激光清洗横向对比可明显看出，说明激光清洗对GH4169合金基材基本无损伤。同时纵向氧元素与碳元素的含量对比，说明对于GH4169合金采用激光清洗工艺明显优于丙酮清洗。

GH4169合金中各元素以及表面污染物在激光清洗与未清洗界面处的分析结果表明，C、O等杂质元素含量在激光清洗后显著降低，而Ni、Cr等含量高的主要元素则在激光清洗后的区域有所加强。

图2 GH4169表面SEM形貌

表2 GH4169不同工艺参数下镍基高温合金元素种类及含量（质量分数）（%）

图 3

（4）清洗试样真空电子束焊后无损检测 对焊接试板进行激光清洗，真空电子束焊后进行无损检测。无损检测方法选取射线检测和渗透检查，检测结果符合HB/7608－1998中1类焊缝质量验收要求，说明激光清洗工艺适用于GH4169合金真空电子束焊前清洗。

3. 结语

综上所述得出以下结论：

（1）合适的激光清洗工艺，可有效清洗GH4169合金表面的杂质。

（2）激光清洗效果明显优于丙酮清洗等传统焊前清洗方法。

（3）激光清洗不会对焊接质量造成影响。