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　　进入21世纪以来，重型燃气轮机迎来了其在能源转换与清洁利用等领域的黄金发展时期，它逐渐成为燃气轮机得以正常运行的核心动力装备，并且向着快速、安全可靠以及使用周期长等方向发展。笔者认为，燃气轮机在未来一段时间将会以如下三个步骤发展：首先，能源方面将会逐步过渡到燃烧天然气的时代，这也是当前*为成熟的燃气轮机组;然后是在燃烧天然气的基础上进一步研发混合气体能源机组，且这种燃气轮机的市场占有率呈上升态势;第三就是以燃用氢为燃料的燃气轮机组，这种能源机组也是极有可能主宰未来的。

　　随着燃气轮机透平温度的逐渐提升，目前它已经来到了高温合金的熔点之上，因此引入冷却技术与热障涂层技术迫在眉睫。然而，燃气轮机机组的材料承受温度能力一般，在一定程度上并不能满足上述燃气轮机的技术指标要求。因此，全球范围内的研发人员都在努力研究新型镍基材料，希望能够为未来的燃气轮机发展贡献一份力量。

　　从国内的研究层面出发，当前在焊接技术、工艺技术参数以及焊接材料使用情况等多个方面来看，镍基合金的进步都是非常巨大的。尤其是近年来对高能电子束、真空钎焊以及激光熔覆技术等工艺的研究，对镍基高温合金材料焊接技术的进步有着里程碑式的意义。

　　1镍基合金的焊接技术发展历程

　　为了满足先进航空发动机和重型燃气轮机越来越高的性能需求，一些新兴合金材料诸如镍基合金、单晶镍基合金、钛合金及钛基复合材料、陶瓷基复合材料等镍基材料在热端复合材料中在近年来都得到了广泛的应用。针对热端部件的结构特点和材料焊接特点，国内外研究人员主要集中在高能束(电子束、激光、等离子体)、钎焊扩散、线性摩擦等先进焊接技术上，并取得了许多成果，效果很好。

　　1.1镍基合金焊接工艺研究

　　镍基高温合金池金属的主要特征有导热性较差、液态金属粘附性强、镍基合金元素比较容易被氧化、防潮性能不好，进而导致焊缝成形差。因此，当前*需要的是消耗能量较小而输出能量密度较大的焊接技术，只有这样才能完成对镍基合金材料的有效焊接。从镍基材料焊接的应用和研究进展来看，镍基材料焊接主要集中在电子束、激光束、微束等离子体、钎焊和扩散焊等方面。

　　1.1.1电子束焊接：电子束焊接(EBW)是借助电子束的加速度来形成高热量的焊接技术，它的显著特点有展弦比较大、焊接变形幅度小且焊接接头质量比较高等，特别适用于重型燃气轮机上材料厚度比较厚的焊接情形。相关科研人员对该技术的研究主要涉及多种合金材料的具体焊接工艺、焊接冶金方式以及焊接接头的裂纹原理等多个方面，从而促使镍基合金材料的焊接技术向更高水平发展。

　　1.1.2激光焊接：激光焊接(LBW)是借助激光束的有效聚焦来进行材料焊接的，这种焊接方式在重型燃气轮机以及航空发动机上应用比较广泛。国内外的科研人员都对镍基合金材料的激光焊接技术与焊接接头的有关力学性能开展了大量的研究，还对焊接材料出现的裂缝以及焊接接头的细微组织进行了深入分析。

　　1.1.3微束等离子焊接技术：这种焊接技术主要是借助机械、内能与电磁压缩效应实现对镍基合金的焊接。具体来说，它是将材料阴阳极之间的自由电弧进行一定程度的压缩，从而形成温度较高且具备能量较高的电弧。与此同时，微束等离子焊接通过小孔径的喷嘴与组合电弧的共同作用来保证电弧的稳定性。

　　1.2单晶镍基合金的焊接技术相关研究

　　单晶镍基高温合金在很大程度上消除了晶体界限，且其抗热性能、抗热强度以及结构稳定性比较强，它们已成为航空发动机和重型燃气轮机叶片的关键材料，单靠铸造技术已经不能满足单晶叶片以及未来整体叶片发展的要求了。因此，发展一种高端的合金焊接技术对单晶镍基合金的工程推广应用划时代的意义。目前，主要研究的是瞬态液相扩散焊和线性摩擦焊。介绍了瞬态液相扩散焊(TLP)。熔化焊和钎焊难以满足单晶形成的要求。接头处不能形成单晶结构，接头力学性能明显降低。扩散焊能够被应用于单晶镍基合金材料焊接中，但是它对配合面的技术要求比较高，并不适用于构造比较复杂的零部件。具体来说，应用于瞬态液的扩散焊技术结合了传统的钎焊与扩散焊技术，能够获取结构与成分均匀的接头。近年来，该技术已经逐渐被证明是性能比较出色的连接技术。

　　2镍基合金的焊接修复技术

　　重型燃气轮机热端部件通常以镍基材料为主，它能够在高温高压等恶劣环境中进行正常使用，该类部件的结构相对比较复杂，且其制造工艺都比较繁杂。一旦在材料的正常使用过程中出现裂纹或者被腐蚀的情况，就需要在**时间对材料及零件进行更换，对成本比较高的零件要进行一定程度的修复。因此，热端零件的焊接修复和再利用可以提高热端零件的维修能力，降低成本。

　　2.1激光熔覆技术研究

　　相较于其他修复技术，激光熔覆的发展历史比较短暂，它是通过向基片添加有效包层材料来进行凝固，从而达到恢复材料有效尺寸与增强材料强度的效果。美国通用电气公司首次将该技术应用在工业生产中，该公司使用5千瓦二氧化碳激光器对高压涡轮机的叶尖进行修复。后来，美国公司研究了一种自动激光熔覆系统来修复刀片。俄罗斯航空发动机技术研究所修复了燃气轮机的发动机和涡流。涡轮部件也已修复。目前，国外研究者主要从激光熔覆技术着手来进一步研究材料的修复：应用宽带而淘汰窄带的材料修复技术;实地立体式激光熔覆技术;激光熔覆技术的合金材料设计研究;激光熔覆专用粉末的研制;激光熔覆修复技术的研究。与此同时，研究人员还系统阐述了激光熔覆合金设计的相关理论，并对设计模型与相关准则进行构建，从而为激光熔覆技术提供完备的合金材料系统。

　　2.2钎焊修复技术研究进展

　　热熔焊的修复比较容易在关键焊缝区出现裂纹，这种修复技术通常被用于焊接性比较差的薄弱焊接器件上，缺点是其焊接留下的残渣很难进行有效清理。国外有的科研人员实现了缺口请立即数与钎焊方法的有机结合，并将该技术应用到实际的工业生产中。哈尔滨工业大学的相关研究人员对K465镍基合金叶片进行了科学实验，主要涉及电子束钎焊修复技术与材料裂纹控制，并且将局部过渡式传导技术应用到钎焊修复中，实现了镍基高温合金刀片的无裂纹修复。清华大学1291人李晓丽等人对K40镍基高温合金进行了无裂纹修复，研究了自熔镍基合金和自制无硼硅基合金的激光熔覆。研究发现，基体形成后，激光熔覆层中的大部分裂纹都深入熔覆层，基体组织缺陷和晶界存在低熔点共晶是造成熔覆裂纹的主要原因。

　　综上所述，国外已经形成了一套成熟的热端零件修复和再利用技术体系。中国在焊接技术、热处理技术、无损检测技术等单一技术方面基础比较雄厚，但未形成完备的理论体系，主要表现在损伤原理、承受限度以及自我修复度等方面。在维修过程的合理评价、选择和研究、维修后零部件的质量评价和可靠性评价等方面，并没有出台完备可靠的质量标准与维修体系。在进行材料损伤修复方面，国外开始将氟离子清洗技术引入到材料焊接技术中，并早已投入到实际生产中，而国内的损伤清理主要采用机械研磨法。

　　3结论

　　快速可靠且使用寿命长是燃气轮机相关部件的发展目标，而新型镍基合金材料在其发展的历程中起着不可磨灭的作用。与此同时，新型镍基合金材料的发展又离不开先进的镍基材料焊接技术。只有研发出有保障的焊接技术，才能进一步生产出质量过硬的机械部件，从而有力发挥出新型材料的优越承温性能。相较于西方发达国家来说，国内在镍基合金焊接方面仍然有一定差距，并且还需要攻克技术难关。今后，有必要加快新型焊接材料的开发和接头高温性能的研究，加大对新型合金材料以及新型材料构件方面的研究力度。

　　参考文献

　　[1]伍敏，熊建坤，徐健等.燃气轮机用镍基合金焊接技术进展[J].电焊机，2015，45(5)：59-63.

　　[2]王刚，张秉刚，冯吉才等.镍基高温合金叶片焊接修复技术的研究进展[J].焊接，2008(1)：20-23.

　　作者：杨浩 单位：辽宁福鞍燃气轮机有限公司

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