Способ сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе с использованием лазерного излучения

Изобретение относится к способу сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе и может найти применение в разных секторах машиностроения и металлургии. Технический результат изобретения состоит в повышении качества соединения свариваемых деталей. Способ включает обработку лазерным излучением наносекундного импульсного лазера со скоростью охлаждения наноструктурируемой поверхности, обеспечивающей формирование на ней рельефных структур с размером менее 100 нм. Коэффициент перекрытия пятен лазерного луча определяют как отношение площади, обработанной двумя лазерными импульсами, к площади одного пятна от лазерного луча. После наноструктурирования поверхностей деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе осуществляют их диффузионную сварку в герметичной камере воздействием давления и нагрева свариваемых деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе в вакууме или в среде инертного газа. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники, машиностроения и электроники, в частности к оптическим и сварочным технологиям, а именно: к способам предварительной обработки поверхности перед сваркой лучом лазера, и может найти применение в разных секторах машиностроения и металлургии, например, при подготовке перед диффузионной сваркой металлических заготовок для формирования посредством наноструктурирования поверхности предварительной обработкой импульсным лазерным лучом их поверхностных слоев с повышенными качеством соединения металлических деталей при диффузионной сварке, например, лопаток газовых турбин, в частности при их восстановлении.

Жаропрочные сплавы на никелевой основе, как, например, ЧС57, Rene41, Rene80, Haynes282, IN738LC, IN939, IN6203DS, PWA1483X, Alloy 247 и другие, разработаны для использования в высокотемпературных энергетических установках с горячими газовыми теплоносителями и применяются в оборудовании, длительно эксплуатируемом при повышенных температурах до 1000°С. Например, рабочие лопатки газовых турбин в процессе эксплуатации подвергаются воздействию высоких температур и сильных механических нагрузок. Поэтому для подобных деталей предпочтительно применяются жаропрочные сплавы на основе никеля, которые должны дополнительно упрочняться. В частности, при длительной высокотемпературной эксплуатации для сплавов характерен твердо-растворный механизм упрочнения, обеспечивающий высокую технологическую пластичность, высокий уровень жаропрочности, хорошую свариваемость и стабильность структуры и свойств [1, 2].

В энергетических установках, часто, используются двухслойные сварные трубы из жаропрочного никелевого сплава и жаропрочной бронзы, обладающей высокой теплопроводностью [3], причем соединяются они между собой диффузионной сваркой [4].

Хотя осуществление диффузионной сварки в вакууме или в инертной газовой среде расширяет технологические возможности данного способа сварки, в настоящее время проблема повышения качества соединения и расширение допустимого температурного режима сварки [5-9] по-прежнему остается актуальной. В работах [10-12] рассмотрен механизм диффузионного процесса в металлах.

Улучшение механических характеристик сварных соединений при диффузионной сварке возможно за счет формирования на свариваемых поверхностях разных упорядоченных структур, в том числе микронного и субмикронного масштаба [5-7]. Для их создания могут применяться такие технологические приемы, как лазерная модификация свариваемых поверхностей заготовок. Перспективным методом формирования наноструктуры на металлической поверхности может стать прямое лазерное наноструктурирование наносекундными импульсами [13-16]. Ультрафиолетовая область спектра лазерного излучения более предпочтительна вследствие более высокого поглощения излучения металлами по сравнению с видимой и инфракрасной областями спектра. Эффективное воздействие лазерного излучения на тонкий (~1 мкм) приповерхностный слой металла позволяет получать разные микро- и наноструктуры с заданными параметрами.

Для формирования наноструктурных слоев необходимы сверхскоростной нагрев поверхностного слоя и малая глубина расплавленного слоя, что позволяет охлаждать в режиме теплопроводности поверхностный слой со скоростью V °С/с, приводящей к образованию наноструктуры, т.е.

V_кр<V<V_max,

где V_кр - критическая скорость охлаждения, приводящая к образованию субмикроструктуры (>100 нм); V_max - скорость охлаждения, приводящая к образованию аморфных структур (стеклованию), (V_max=10⁶…10¹⁰ °С/с).

Наноразмерные структуры характеризуются особенностями, заключающимися в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров, где исходным материалом являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы. Поэтому, в отличие от традиционной технологии, для нанотехнологии характерен «индивидуальный» подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них наноразмерные материалы с контролируемой структурой и принципиально новыми физико-химическими свойствами - оптическими, электрическими, магнитными, коррозионностойкими, в том числе обеспечивающими улучшение механических и триботехнических свойств поверхности.

В работах [17, 18] показано, что предварительная термообработка свариваемых поверхностей лазерным излучением способствует снижению рабочей температуры процесса и величины прикладываемого давления при увеличении предела прочности сварного шва и относительного удлинения.

Вероятно, это происходит вследствие значительного увеличения коэффициента диффузии при импульсном лазерном воздействии [19, 20]. Причем, как правило, для микро- и наноструктурирования поверхности материалов применяются фемтосекундные лазеры [21-23], в то же время наносекундные лазеры в настоящее время остаются наиболее доступными, надежными и производительными источниками лазерного воздействия [24-27], в том числе обеспечивающими решение задачи микро- и наноструктурирования поверхности материалов.

Известен способ сварки материалов высокоэнергетическими лазерным источником излучения, включающий предварительное перед сваркой проплавление свариваемой зоны материалов, сварку в защитной среде гелия обеих поверхностей с одновременным добавлением в зону сварки модификаторов в виде суспензии нанопорошковых материалов, выбранных из тугоплавких соединений TiN, TiC, Y₂O₃ и других, плакированных никелем, хромом, титаном или иттрием, при этом концентрация нанопорошкового материала составляет менее 0,1% по массе сварочной ванны. Осуществляют сварку однородных и разнородных материалов со вставками или без них [28].

Недостатком данного технического решения является низкая прочность соединения при сварке тонкого слоя никеля или его сплава с поверхностью однородного или разнородного (например, сварки тонкого слоя никеля или его сплава и бронзы) материала.

Наиболее близким к заявляемому способу по своей технической сути (прототипом) является способ сварки деталей из γ'-содержащих жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий нанесение послойно γ'-образующего жаропрочного сплава на никелевой основе на поверхность детали посредством лазерного излучения, формирующего зону тепла, перемещение относительно друг друга зоны тепла и зоны подачи γ'-образующего жаропрочного сплава на никелевой основе, с одной стороны, и поверхности детали, с другой стороны, по траектории, осциллирующей относительно направления сварки относительно поверхности детали, термообработку после нанесения γ'-образующего жаропрочного сплава на никелевой основе, выбор параметров сварки таким образом, что скорость охлаждения при кристаллизации материала составляет, по крайней мере, 8000 К/с при глубине повторного расплавления предыдущего слоя, обеспечивающем формирование поликристаллического сварного шва, скорость процесса составляет, по крайней мере, 250 мм/мин [29].

Недостатком данного технического решения является технологическая сложность процесса сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, заключающаяся в необходимости контролируемого нанесения разных слоев разнородных металлов.

Новым достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение качества соединения свариваемых деталей при диффузионной сварке жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Новый технический результат достигается тем, что в способе сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе с использованием лазерного излучения, включающий формирование лазерным излучением зоны тепла, перемещение зоны тепла относительно поверхности детали из жаропрочного сплава на никелевой основе по заданной траектории, термообработку, охлаждение свариваемой детали, в отличие от прототипа, лазерным излучением наносекундного импульсного лазера с плотностью энергии в несколько единиц Дж/см² осуществляют обработку поверхности деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе со скоростью охлаждения наноструктурируемой поверхности, обеспечивающей формирование на ней рельефных структур с размером менее 100 нм, при этом коэффициент перекрытия пятен лазерного луча, определяемый как отношение площади, обработанной двумя лазерными импульсами, к площади одного пятна от лазерного луча:

k=(S_i ∧ S_i+1)/S_i⋅100%,

где S_i - площадь поверхности, обработанная i-м импульсом,

а после наноструктурирования сварку деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе на наноструктурированной поверхности осуществляют посредством диффузионной сварки герметичной камере воздействием давления и термообработкой свариваемых деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе в вакууме или в среде инертного газа.

В качестве источника излучения могут использовать твердотельный Nd:YaG-лазер, или эксимерный ArF-лазер, или волноводный лазер, или другой лазерный источник, имеющий аналогичные временные и мощностные характеристики.

Перед обработкой лазерным излучением поверхность деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе подвергают химико-механической обработке до получения исходной шероховатости поверхности на участке, сопоставимом с площадью пятна от лазерного луча, порядка 10-15 нм.

Для защиты от окисления поверхности образцы деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе после обработки лазерным излучением до помещения их в сварочный контейнер могут хранить в сосуде, заполненном бензином, или жидкостью, имеющей аналогичные пассивирующие свойства.

Обработку поверхности детали из жаропрочных сплавов на никелевой основе лазерным лучом могут осуществлять в режиме сканирующего пятна от лазерного луча посредством его перемещения по поверхности детали из жаропрочных сплавов на никелевой основе, при этом траекторию перемещения зоны тепла от лазерного луча относительно поверхности детали из жаропрочного сплава на никелевой основе задают с возможностью изменения расстояния между горизонтальными строками и площади пятна от лазерного луча.

Наноструктурирование могут осуществлять, по крайней мере, одной из поверхностей каждой из свариваемых деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе.

Перемещение лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности могут осуществлять управляемым, заранее заданным образом.

Способ сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе реализуют следующим образом.

Деталь из жаропрочного сплава на никелевой основе, например, ЧС57, устанавливают на трехкоординатном предметном столике, в состав которого входят два линейных транслятора, например, 8МТ180 и один 8МТ173, управляемых контроллером, например, 8SMC1-USBhF (Standa Ltd, Lithuania). Управление лазером и контроллером осуществляют персональным компьютером.

В качестве источника лазерного излучения могут использовать наносекундный импульсный твердотельный Nd:YaG-лазер, генерирующий третью гармонику с длиной волны 355 нм, длительностью импульса 10 не, энергией в импульсе - до 8 мДж, частотой следования импульсов - до 100 Гц, диаметром лазерного пучка - 3 мм, расходимостью - 1-2 мрад, например, HR2731 (Opotec Inc., USA), или эксимерный ArF-лазер, например, CL5200 (ООО «Оптосистемы», РФ), или волноводный лазер, например, YLPN-0.5-25-10-М (LPG Photonics, USA), отличающиеся доступностью и простотой эксплуатации, а также достаточно простой системой фокусировки лазерного луча. В качестве источника излучения могут быть использованы также другие лазерные источники, имеющие аналогичные вышеописанные временные и мощностные характеристики.

Обработка лазерным излучением поверхности деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе осуществляют в режиме сканирующего пятна от лазерного луча - лазерный луч перемещают по поверхности детали из жаропрочных сплавов на никелевой основе по растровой траектории (типа змейка) с расстоянием между горизонтальными строками порядка 30 мкм (частота следования импульсов лазерного излучения определяет производительность процесса (например, f=100 Гц). Скорость сканирования пятна от лазерного луча зависит от возможностей используемого наносекундного импульсного лазера и, как следствие, величину f можно варьировать. Длину траектории (змейки) определяют размерами детали, например, 4 мм.

Коэффициент перекрытия лазерных пятен, определяемый как отношение площади, обработанной двумя лазерными импульсами, к площади одного пятна от лазерного луча:

где S_i - площадь поверхности, обработанная i-м импульсом (в данном примере площадь поверхности, обработанная i-м импульсом, превышала 99%).

Перед обработкой лазерным излучением поверхность деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе подвергают химико-механической обработке до получения исходной шероховатости поверхности на участке, сопоставимом с площадью пятна от лазерного луча на свариваемой поверхности, порядка 10-15 нм.

При необходимости, в зависимости от мощности лазера можно увеличивать (уменьшать) площадь пятна от лазерного луча и расстояние между строками и, как следствие, площадь обрабатываемой поверхности в зависимости от габаритов свариваемой детали.

Морфологию поверхности деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе до и после обработки лазерным излучением исследуют с помощью оптического профилометра Zygo NewView 7300 и растрового электронного микроскопа JEOL JSM 6610LV, или аналогичных приборов. Специальная приставка к микроскопу позволяет исследовать элементный состав поверхностного слоя деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе до и после обработки лазерным излучением.

Режим сканирующего пятна от лазерного луча используют для обработки поверхности деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе (режим (змейка) с шагом, например, вдоль оси х - 10 мкм и шагом вдоль оси у - 30 мкм, скорость сканирования - 1 мм/с), после которой производят диффузионную сварку деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе в условиях горячего изостатического прессования с последующим проведением механических испытаний (определение предела прочности и относительного удлинения сварных соединений) сварных соединений деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе.

Для определения предела прочности и относительного удлинения сварных диффузионных соединений используют образцы деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе, имеющие форму цилиндров диаметром 22 мм и длиной 15 мм. Для защиты от окисления поверхности все подготовленные к механическим испытаниям образцы деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе как обработанные механически (для сравнения), так и после обработки лазерным излучением до помещения их в сварочный контейнер хранят в сосуде, заполненном бензином, или жидкостью, имеющей аналогичные пассивирующие свойства.

На фиг. 1 приведены результаты обработки поверхности жаропрочного сплава ЧС57 тридцатью импульсами наносекундного импульсно-периодического Nd:YaG лазера при плотности энергии приблизительно 2,5 Дж/см² с частотой 10 Гц в режиме неподвижного пятна от лазерного луча. Данный режим обработки лазерным излучением характерен сочетанием высокой импульсной плотности мощности обработки (10⁸-10⁹ Вт/см²) и средней мощности (менее 1 Вт). Это обеспечивает высокоградиентный температурный режим нагрева поверхности образца детали из жаропрочного сплава на никелевой основе при сохранении практически комнатной температуры объема соответствующего образца, что исключает термические изменения структуры в объеме соответствующего образца.

Температуру лазерного нагрева в импульсном режиме лазерного излучения на поверхности образца детали из жаропрочного сплава на никелевой основе в зависимости от плотности мощности q₀ можно оценить из выражения [30]:

где q₀=P/S; Р=Е/τ, где Е - энергия в импульсе, τ - длительность импульса; T_in - начальная температура материала; а - температуропроводность материала; k - теплопроводность материала; R - коэффициент отражения.

При q₀=1 Дж/см², R=0,48, τ=10 нс, k=75 Вт/(м К), а=1,54⋅10^-5 м²/с оценки температуры лазерного нагрева поверхности по формуле (2) дают величину 3360 К. Для 2,5 Дж/см² эта величина достигает 7700 К. Учитывая, что температура плавления жаропрочного сплава ЧС57 составляет 1673 К [2], при указанных параметрах достигается режим абляции.

Порог оптического пробоя на поверхности сплава ЧС57 составляет приблизительно 1 Дж/см² (λ=0,355 мкм, τ=10 нс). При допороговых значениях (0,25-1 Дж/см²) плотности мощности излучения в лазерном импульсе на поверхности жаропрочного сплава ЧС57 плазменный факел и кратерообразование не наблюдают, однако следы обработки лазерным излучением присутствуют. При обработке 30-ю лазерными импульсами с плотностью мощности излучения 0,55 Дж/см² на поверхность сплава ЧС57 металл в зоне обработки лазерным излучением слегка вспучивается: возникает необратимое поднятие материала поверхности жаропрочного сплава ЧС57 (фиг. 2). При этом визуализируются границы зерен, в некоторых зернах появляются следы кристаллографического скольжения. Поднятие поверхностного слоя с появлением следов высокотемпературной пластической деформации в виде проскальзывания по границам зерен и кристаллографического скольжения происходит в допороговом режиме при плотности энергии в импульсе лазерного излучения больше 0,25 Дж/см².

На фиг. 3 приведено изображение фрагмента полосы на поверхности жаропрочного сплава ЧС57, возникшей после обработке сканирующим лазерным лучом (траектория типа змейка). Параметры излучения: плотность энергии в импульсе приблизительно 0,2 Дж/см², частота повторения импульсов лазерного излучения f=100 Гц, скорость перемещения лазерного луча по поверхности 1 мм/с. Отчетливо видно, что наряду с очисткой обработанной поверхности от загрязнений и оксидов в этой области исчезают мелкие царапины.

С помощью специальной приставки к растровому электронному микроскопу исследуют элементный состав жаропрочного сплава ЧС57 до и после обработки лазерным излучением. Измерения показывают, что элементный состав в центральной зоне пятна от лазерного луча с точностью используемого метода практически не изменяется. Однако, в элементном составе на поверхности полос (фиг. 3), полученных при перемещении лазерного луча по образцу детали из жаропрочного сплава ЧС57 со скоростью 1 мм/с при допороговой плотности энергии в импульсе (0,01-0,2 Дж/см²) фиксируют наличие 3-4% кислорода, при этом пропорции элементного состава жаропрочного сплава ЧС57 не меняются. Это наблюдают при обработке лазерным излучением на воздухе, поэтому перед проведением процесса диффузионной сварки обработку лазерным излучением проводят в вакууме, либо в среде инертного газа.

Режим сканирующего пятна от лазерного луча используют для обработки лазерным излучением образцов деталей из жаропрочного сплава ЧС57, которые потом соединяют посредством диффузионной сварки в условиях горячего изостатического прессования. Используемая для диффузионной сварки сборка (при реализации заявляемого способа) состоит из трех групп образцов деталей из жаропрочного сплава ЧС57: по два образца в каждой группе. Образцы первой группы сканируют лазерным лучом Nd:YAG лазера по поверхности при плотности энергии 2 Дж/см²; образцы второй группы - при 3 Дж/см². Два образца третьей группы не подвергают обработки лазерным излучением (они являются контрольными). После лазерной обработки три группы образцов деталей из жаропрочного сплава ЧС57 укладывают в тонкостенный сварочный контейнер и заваривают его электронным лучом в вакууме. Затем проверяют герметичность шва сварочного контейнера и помещают его в сварную камеру для горячего изостатического прессования.

Диффузионную сварку нескольких образцов деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе могут осуществлять одновременно и при одинаковых условиях (в данном примере осуществляют сварку шести образцов). Сварную камеру заполняют аргоном при заданных значениях давления и температуры, которые поддерживают в течение установленного времени сварки. После диффузионной сварки проводят испытания сварных соединений на статическое растяжение при комнатной температуре.

В таблице 1 представлены результаты измерения предела прочности и относительного удлинения для соединений, полученных диффузионной сваркой в условиях горячего изостатического прессования со следующими параметрами: температура Т=1160°С, давление Р=160 МПа, время сварки - несколько часов.

У образцов деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе, прошедших лазерную термообработку, происходит заметное по сравнению с контрольными образцами деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе увеличение предела прочности (на 12% при плотности энергии 3 Дж/см²) и относительного удлинения соответствующих образцов с 42% до 51%, что соответствует приросту данного показателя на 21%.

Предварительная обработка свариваемых поверхностей сканирующим пучком наносекундных лазерных импульсов перед диффузионной сваркой в условиях горячего изостатического прессования обеспечивает улучшение свойств сварного шва: увеличение его прочности и относительного удлинения.

Наиболее вероятной причиной улучшения свойств сварного соединения из жаропрочного сплава ЧС57 является развитие низкотемпературной сверхпластичности, вызванное уменьшением среднего размера зерен [31], сформировавшихся в процессе обработки лазерным излучением поверхности жаропрочного сплава ЧС57. Вследствие малой глубины проникновения лазерного излучения в поверхностный слой жаропрочного сплава ЧС57 происходит нагрев тонкого приповерхностного слоя с последующим быстрым отводом тепла. Высокая скорость охлаждения приводит к образованию поверхностных наноструктур с размером менее 100 нм, что существенным образом влияет на кинетику формирования твердофазного соединения, ускоряя (захлопывание) микропор. Это улучшает механические свойства сварного шва деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе и позволяет уменьшить температуру процесса диффузионной сварки.

На основании вышеизложенного новый достигаемый технический результат предполагаемого изобретения обеспечивается следующими по сравнению с прототипом техническими преимуществами.

Достигается повышение качества соединения свариваемых деталей при диффузионной сварке жаропрочных сплавов на никелевой основе - повышение не менее чем на 12-15% предела прочности сварного соединения за счет развития низкотемпературной сверхпластичности, вызванной уменьшением среднего размера зерен, сформировавшихся в процессе импульсной обработки лазерным излучением поверхности жаропрочного сплава ЧС57, в том числе за счет относительного удлинения соответствующих образцов деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе с 42% до 51%, что соответствует приросту данного показателя на 21%. Данная обработка лазерным излучением обеспечивает изменение исходных физико-химических свойств поверхности металлической заготовки - адгезионных, оптических, электрических, магнитных, коррозионностойких, в том числе обеспечивающих улучшение механических и триботехнических свойств поверхности, за счет формирования импульсным лазерным лучом поверхностных наноструктур с размером менее 100 нм, что существенным образом влияет на кинетику формирования твердофазного соединения, ускоряя (захлопывание) микропор.

В настоящее время в институте электрофизики и электроэнергетики РАН проведены испытания предлагаемого способа сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, и на их основе выпущена технологическая документация на предлагаемый способ сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Используемые источники

1. Патент RU 2543587, 2015, МКИ С22С 19/05.

2. Каштанов А.Л., Петров С.Н., Кудрявцев А.С., Охапкин К.А., Груздев Д.А. Анализ причин образования трещин при горячей пластической деформации сплава марки ХН55МВЦ-ИД // Вопросы материаловедения. 2015. №4 (84). С. 17-23.

3. Николаев А.К., Костин С.А. Медь и жаропрочные медные сплавы: энцикл. терминолог. слов.: фундаментальный справ. М.: ДПК Пресс, 2012. 715 с.

4. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976. 312 с.

5. Лутфуллин Р.Я., Мухаметрахимов М.Х. Твердофазное соединение образцов наноструктурированного титанового сплава ВТ6 при пониженных температурах. Перспективные материалы. 2009. Спецвыпуск №7. С. 189-193.

6. Хазгалиев Р.Г., Мухаметрахимов М.Х., Лутфуллин Р.Я., Мулюков P.P. Твердофазное соединение титанового сплава с нержавеющей сталью через наноструктурированную прослойку из никелевого сплава. Перспективные материалы, 2011. №12. С. 528-534.

7. Хазгалиев Р.Г., Имаев М.Ф., Мулюков P.P., Сафин Ф.Ф. Модифицирование поверхности прослойки никеля для делокализации деформации при сварке давлением образцов титанового сплава и нержавеющей стали. Письма о материалах. 2015. Т. 5. №2. С.133-137.

8. Lutfullin R.Ya., Mukhametrakhimov M.Kh. Solid-phase joint formation in Ti-6Al-4V alloy under conditions of low temperature superplasticity. Rev.Adv.Mater.Sci., 2010, v. 25, no. 2, pp. 142-147.

9. Люшинский А.В. Соединение деталей из жаропрочных сплавов диффузионной сваркой. Часть 1. Сварочное производство. 2016. №7. С. 17-22.

10. Молохина Л.А., Филин С.А. Анализ и расчет параметров диффузии в двухкомпонентных многофазных системах при «ограниченном» поступлении компонента с меньшей температурой плавления // Конденсированные среды и межфазные границы. 2018. Т. 20. №4. С. 618-629.

11. Молохина Л.А., Рогалин В.Е., Филин С.А., Каплунов И.А. Зависимость роста фаз двухкомпонентных многофазных систем от параметров диффузии // Журнал физической химии. 2017. Т. 91. №12. С. 2014-2022. DOI: 10.7868/S0044453717120214

12. Молохина Л.А., Филин С.А. Анализ влияния температурной зависимости параметров диффузии на характер роста слоев в двухкомпонентной многофазной системе // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. №3. С. 419-431.

13. Патент RU 2027570, 1995, МКИ B23K 26/18.

14. Токарев В.Н., Хомич В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Возможность прямого лазерного наноструктурирования поверхности без оплавления материала. ФХОМ. 2008. №4. С. 18-25.

15. Токарев В.Н., Хомич, В.Ю., Шмаков В.А., Ямщиков В.А. Формирование наноструктур при лазерном плавлении поверхности твердых тел. Доклады Академии наук. 2008. Т. 419. №6. С. 754-758.

16. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Механизмы и модели прямого лазерного наноструктурирования материалов. УФН. 2015. Т. 185. №5. С.489-499.

17. Yu.V. Khomich, V.A. Yamshchikov. The effect of preliminary laser surface treatment on the mechanical properties of a solid-phase compound of an iron-nickel alloy in diffusion welding. Chapter 6. Advanced Materials. Proceedings of the International conference on Physics and Mechanics of New Materials and Their ApplicatioHC (PHENMA 2019). P. 61-71.

18. Вашуков Ю.А., Демичев С.Ф., Еленев В.Д., Малинский Т.В., Миколуцкий СИ., Хомич Ю.В., Ямщиков В.А. Лазерная обработка поверхности металлических сплавов для диффузионной сварки. Прикладная физика. 2019. №1. С. 82-87.

19. Ровинский Р.Е., Рогалин В.Е., Розенберг В.М., Теплицкий М.Д. Изменение структуры сплава медь-хром, облученного импульсом СО₂-лазера // Физ. и хим. обраб. матер. 1980. №3. С. 7-11.

20. Гуревич М.Е., Лариков Л.Н., Мазанко В.Ф., Погорелов А.Е., Фальченко В.М. Влияние многократного лазерного воздействия на массоперенос в железе // Металлофизика. 1978. В. 73. С. 80-83.

21. Le Harzic R., Dorr D., Sauer D., Neumeier M., Epple M., Zimmermann H., Stracke F. Formation of periodic nanoripples on silicon and germanium induced by femtosecond laser pulses. Physics Procedia. 2011. V. 12. P. 29-36.

22. Ashitkov S.I., Romashevskii S.A., Komarov P.S., Burmistrov A.A., Zhakhovskii V.V., Inogamov N.A., Agranat M.B. Formation of nanostructures under femtosecond laser ablation of metals // Quantum Electronics. 2015. V. 45 (6). P. 547-550.

23. Струлева E.B., Комаров П.С, Ашитков С.И. Термомеханическая абляция титана при фемтосекундном лазерном воздействии // ТВТ. 2019. Т. 57:5. С. 689-693.

24. Ganin D.V., Mikolutskiy S.I., Tokarev V.N., Khomich V.Yu., Shmakov V.A., Yamshchikov V.A. Formation of micron and submicron structures on a zirconium oxide surface exposed to nanosecond laser radiation // Quantum Electronics. 2014. Vol. 44(4). P.317-321.

25. Luo F., Ong W., Guan Y., Li F., Sun S., Lim GC, Hong M. Study of micro/nanostructures formed by a. nanosecond laser in gaseous environments for stainless steel surface coloring // Applied Surface Science. 2015. V. 328. P. 405-409.

26. Zheleznov Yu.A., MaliHckiy T.V., Khomich Yu.V., Yamshchikov V.A. The effect of a scanning nanosecond laser pulse beam on the microtopography of ceramic AL203 coatings. Inorganic materials: Applied research. 2018. V. 9. No. 3. P. 460-463.

27. Хомич В.Ю., Шмаков В.А. Механизмы и модели прямого лазерного наноструктурирования материалов // УФН. 2015. Т. 185. №5. С. 489-499.

28. Патент RU 2404887, 2010, МКИ B23K 9/235, B23K 26/42, B23K 33/00.

29. Патент RU 2466841, 2012, МКИ B23K 26/14, B23K 26/08, B23K 26/34, B23K 26/40.

30. Вейко В.П. Технологические лазеры и лазерное излучение. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 52 с.

31. Kaybyshev О.А., Lutfullin R.Ya., Berdin V.K. The effect of superplastisity and solid state voidability of the titanium alloy Ti-4,5Al-3Mo-lV. Acta Metall. Mater., 1994, V. 42, No. 8, P. 2609-2615.

1. Способ сварки деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий сварку деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе, термообработку и охлаждение, отличающийся тем, что перед сваркой осуществляют наноструктурирование поверхности свариваемых деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе лазерным излучением наносекундного импульсного лазера путем перемещения зоны тепла по поверхности деталей с перекрытием пятен лазерного излучения и охлаждения наноструктурируемой поверхности со скоростью охлаждения, обеспечивающей формирование на ней рельефных структур с размером менее 100 нм, причем при перекрытии пятен лазерного излучения обеспечивают коэффициент k перекрытия пятен лазерного луча, равный отношению площади, обработанной двумя лазерными импульсами, к площади одного пятна лазерного луча:

k=(S_i ∧ S_i+1)/S_i⋅ 100%,

где S_i - площадь поверхности, обработанная i-м импульсом, а после наноструктурирования поверхности деталей осуществляют их диффузионную сварку в герметичной камере в вакууме или в среде инертного газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника излучения используют твердотельный Nd:YaG лазер, или эксимерный ArF-лазер, или волноводный лазер.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед обработкой лазерным излучением поверхность деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе подвергают химико-механической обработке до получения исходной шероховатости поверхности на участке, сопоставимом с площадью пятна от лазерного луча, порядка 10-15 нм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для защиты от окисления поверхности деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе после обработки лазерным излучением до помещения их в сварочный контейнер детали хранят в сосуде, заполненном бензином.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку поверхности деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе лазерным лучом осуществляют в режиме сканирующего пятна лазерного луча посредством его перемещения по поверхности деталей, при этом траекторию перемещения зоны тепла от лазерного луча относительно поверхности деталей задают с изменением расстояния между горизонтальными строками и площади пятна от лазерного луча.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наноструктурирование осуществляют по меньшей мере одной из поверхностей каждой из свариваемых деталей из жаропрочного сплава на никелевой основе.

7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перемещение лазерного луча относительно обрабатываемой поверхности осуществляют управляемым, заранее заданным образом.