一种铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法与流程

本发明涉及一种固相扩散连接方法，具体涉及一种铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法。

背景技术：

铣槽壁板结构是目前应用最广泛的飞行器发动机喷管形式，在内壁直接加工出槽和肋，通过与外壁连接形成再生冷却夹套，流道内通入冷却液，可实现冷却的功能。发动机喷管在航空航天领域工业生产中占有重要地位，可直接影响飞行器的使用寿命。喷管内壁通常采用导热系数高的锆铜合金，外壁则采用强度较高的不锈钢，由于铣槽壁板结构内外层材料差异较大，流道较窄，传统的胀接、熔焊及钎焊容易产生流道堵塞，连接强度低等问题。此类结构一般采用电镀的方式，形成喷管内壁和再生冷却通道的夹套，由于喷管长期承受较大冲击、多次反复冷却、加热、高压和介质腐蚀疲劳破坏等作用，内外壁间连接质量尤为重要，特别是力学性能和密封性。如果喷管结构中存在裂纹、气孔等缺陷，在交变应力的作用下，容易导致缺陷扩展，进而发生内外壁的破损，无法降温，最终导致喷管报废。电镀过程的主要缺点是，成形精度较低，容易产生应力集中，进而发生变形，甚至断裂。而且电镀污染较大，效率较低，在实际生产中，电镀后还需要机加工修整，工序更为复杂，成本较高，质量也难以得到保证。

技术实现要素：

为解决上述的利用电镀、胀接、熔焊、钎焊及其组合的方法实现铣槽结构内外壁连接时出现的成形精度低，连接质量差，污染大，生产工艺复杂、成本高等问题，本发明提供了一种利用真空辐射热源及柔性操作工装，在内外壁间微变形诱导的原子扩散过程的影响下，实现铣槽壁板结构胀焊复合的固相扩散连接方法。

本发明具体通过以下方案实现：

一种铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法，利用辐射热源及瓜瓣内撑柔性工装，在内外壁间微变形诱导的原子扩散过程的影响下，实现铣槽壁板结构胀焊复合的固相扩散连接，具体通过以下步骤实现：

步骤1：焊前清理

通过机械打磨除去内外壁待焊区材料表面的氧化膜，再采用有机溶剂擦拭待焊区表面，去除油污和金属粉尘等杂物，所述有机溶剂为酒精或者丙酮等；

步骤2：喷管装配

在外壁机上加工出可与内壁肋条配合的凹槽，并将焊片黏贴在凹槽中，装配时内外壁采用间隙配合；

步骤3：将喷管固定在炉体底部，将瓜瓣内撑工装放入内腔，保持压紧，并以速度c低速旋转；充入ar气，开始升温，加热至一定温度d时，保温30min，继续升至一定温度f时，同时将压力提升至g，旋转速度降低为h，保温保压20min，保证喷管内外壁之间原子扩散以形成冶金结合，之后随炉冷却并卸压，瓜瓣自动放开，防止其被壁板收缩箍紧。

优选地，在步骤2中，根据所选母材及性能要求的不同，焊片为铜基或银基等，厚度为0.02-0.2mm。

优选地，在步骤2中，根据所选母材、钎料及性能要求的不同，喷管之间的配合间隙e设置为0.05-0.25mm。

优选地，在步骤3中，芯轴及瓜瓣材料为高温合金。

优选地，在步骤3中，芯轴长度l取值范围为80-100mm，锥度α为2-10°，芯轴端部外径a为20-90mm；瓜瓣端部外径b依据喷管尺寸可设置为50-200mm。

优选地，在步骤3中，根据材料不同，初始旋转速度c的取值范围60-100r/min，当升至最高温度时，速度降低至10-20r/min。

优选地，在步骤3中，根据材料不同，温度d的取值范围500-700℃，为该材料的退火温度；最高温度h取值范围600-850℃。

优选地，在步骤3中，根据材料不同，施加压力g的取值范围为0.5-5mpa。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明是一种通过瓜瓣式柔性工装向内外壁施加压力，在高温的共同作用下形成的固相扩散连接方法。在工装作用下，内壁向外挤压外壁达到胀接的效果；与此同时，在压力和高温诱导下，原子快速扩散，在内外壁间形成焊接接头，由于该方法是固相连接，无熔化现象，可避免熔焊中的裂纹、气孔、夹渣、应力集中等问题。

2)采用ar气进行保护，既防止结构件氧化又抑制了铜等金属的挥发。

3)加热温度低于焊料熔化温度，在焊接过程中无液相产生，既保证了连接强度，又可防止焊料熔化进入流道，形成塞积缺陷。

4)该方法可应用于绝大多数有色金属和钢质的铣槽壁板结构，不仅适用于铜/钢异种材料的连接，还可适用于钛/钢，铝/钢等材料的连接。

5)该方法工序简单，产品质量好，生产效率高，而且无弧光、烟尘等对人有害的物质产生。

附图说明

图1为本发明实施例一种铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法的流程图；

图中：(a)为铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法示意图；(b)为瓜瓣内撑工装旋转挤压升温过程、焊接阶段示意图；(c)为卸载阶段；其中，1为芯轴，2为瓜瓣。

图2为本发明实施例中瓜瓣内撑柔性工装示意图。

图3为图2的侧视图；

图中：1为芯轴，2为瓜瓣。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种铣槽壁板结构胀焊复合固相扩散连接方法，包括以下步骤：

步骤1：焊前清理

通过机械打磨除去内外壁待焊区材料表面的氧化膜，再采用有机溶剂擦拭待焊区表面，去除油污和金属粉尘等杂物，所述有机溶剂为酒精或者丙酮等；

步骤2：喷管装配

在外壁机上加工出可与内壁肋条配合的凹槽，并将焊片黏贴在凹槽中，装配时内外壁采用间隙配合；

步骤3：将喷管固定在炉体底部，将瓜瓣内撑工装放入内腔，保持压紧，并以速度c低速旋转；充入ar气，开始升温，加热至一定温度d时，保温30min，继续升至一定温度f时，同时将压力提升至g，旋转速度降低为h，保温保压20min，保证喷管内外壁之间原子扩散以形成冶金结合，之后随炉冷却并卸压，瓜瓣自动放开，防止其被壁板收缩箍紧

在步骤2中，根据所选母材及性能要求的不同，焊片为铜基或银基等，厚度为0.02-0.2mm。在步骤2中，根据所选母材、钎料及性能要求的不同，喷管之间的配合间隙e设置为0.05-0.25mm。在步骤3中，芯轴及瓜瓣材料为高温合金。在步骤3中，芯轴长度l取值范围为80-100mm，锥度α为2-10°，芯轴端部外径a为20-90mm；瓜瓣端部外径b依据喷管尺寸可设置为50-200mm。在步骤3中，根据材料不同，初始旋转速度c的取值范围60-100r/min，当升至最高温度时，速度降低至10-20r/min。在步骤3中，根据材料不同，温度d的取值范围500-700℃，为该材料的退火温度；最高温度h取值范围600-850℃。在步骤3中，根据材料不同，施加压力g的取值范围为0.5-5mpa。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。