一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备及钎焊工艺的制作方法

1.本发明属于钎焊技术领域，特别涉及一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备及钎焊工艺。


背景技术：

2.随着航空、航天事业的发展，毛细管钎焊结构的应用越来越多，且使用温度越来越高，多应用于发动机推力室的喷注器结构中。由于毛细管较细，不适用于普通的焊接方法，适合于应用钎焊的方法来实现连接。通常喷注器基体与毛细管材料为不锈钢靠钎焊实现连接，采用的钎料熔化温度高的在900℃左右，难以承受高温的考验。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备及钎焊工艺，适用于高温、耐蚀环境。
4.本发明采用的技术方案是：一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备，氩气瓶接入气体发生器，气体发生器的出气管连接钎焊箱的进气管，钎焊箱内部装有待焊工件后置于加热的主炉中，整个装备管路中还安装有手动阀以及流量计，钎焊箱主体结构包括钎焊箱箱体和钎焊箱箱盖，钎焊箱箱盖密封盖于钎焊箱箱体，所述钎焊箱箱体下部焊接进气管，钎焊箱箱体上部焊接排气管。
5.进一步优化，主炉为箱式电炉，包括炉体，在炉体内部有焊接平台，炉体四周设置有加热感应线圈，在炉体顶部及两侧面设有热电偶，进行实时测温；主炉的基本参数为：最高加热温度1300℃，空炉升温至1200℃的时间≤3h，炉温均匀性满足
±
10℃，控温精度满足
±
2℃，炉温均匀区覆盖待焊工件所在位置。
6.进一步优化，气体发生器的箱体通过螺栓与箱盖固定连接，箱体上焊接氩气进气管、箱盖上焊接出气管，出气管与钎焊箱的进气管连接向钎焊箱输入钎剂，箱体内部装有钎剂制取药品，箱体外部设有加热装置。
7.进一步优化，钎焊箱箱体与钎焊箱箱盖接触部分通过石英砂密封，钎焊箱箱体上部外围为装有石英砂的槽体，钎焊箱箱盖插入装有石英砂的槽体。
8.进一步优化，钎焊箱材质为高温合金或不锈钢，进气管和排气管材质为不锈钢管。
9.进一步优化，加热装置为覆盖箱体外周的小电炉，小电炉的参数为：最高加热温度1000℃，常用工作温度800-900℃。
10.进一步优化，钎剂制取药品为kbf4粉末，kbf4粉末在高温下分解成kf与bf3气体,bf3气体为钎剂。
11.进一步优化，箱体与箱盖之间装有密封圈，增加密封性能。
12.本发明还提供一种用于高温合金毛细管的钎焊工艺，包括以下步骤：
13.步骤1、钎焊前清理，将毛细管、待焊工件及钎料环浸泡在汽油中5-10分钟，并清洗干净至无油污后晾干，将毛细管与待焊工件装配，钎料环点焊在待焊工件上，点焊时使钎料
环紧密地贴合在待焊工件上，然后将待焊工件放置在工装托盘上；
14.步骤2、对主炉进行预热，温度1200
±
10℃，不少于0.5小时，取适量钎剂制取药品加入到气体发生器的箱体中，并拧紧箱盖密封，再将气体发生器放入小电炉中，将小电炉加热到800-900℃，高温下制取钎剂气体；
15.步骤3、将钎焊箱及管路清理干净，将待焊工件与工装托盘一起装入钎焊箱中，盖上钎焊箱箱盖，用石英砂进行密封，对钎焊箱箱体内通氩气进行空气置换；
16.步骤4、对钎焊箱换通氩气和钎剂气体混合气，保持过程中混合气流量稳定；
17.步骤5、断电，将钎焊箱送进主炉内，关闭炉门，保持过程中氩气和钎剂气体混合气流量稳定；
18.步骤6、通电加热，升温到1180-1200℃，保温时间10-12min，保持过程中氩气和钎剂气体混合气流量稳定，保证钎料熔化，靠毛细作用，充满整个钎焊缝；
19.步骤7、断电，从主炉内移出钎焊箱，换通氩气5-7l/min不少于45min，直至待焊工件冷却后取出零件。
20.进一步优化，步骤1中毛细管插入待焊工件中间孔中，待焊工件的孔口为锐边无倒角，毛细管在待焊工件孔中的间隙为0.06-0.08mm。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明通过钎焊箱与气体发生器的应用，有效地避免了钎焊高温过程中待焊工件的氧化现象，钎焊效果良好，钎焊缝具有较高强度、耐高温和耐腐蚀，能适应产品的复杂工作环境。
附图说明
23.图1为用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备结构示意图；
24.图2为钎焊箱结构示意图；
25.图3为气体发生器结构示意图；
26.图4为高温合金毛细管钎焊结构示意图；
27.图5为高温合金毛细管待焊工件装配示意图；
28.图6为待焊工件孔口局部放大图。
29.附图标记：1-钎焊箱 2-气体发生器 3-主炉 4-毛细管 5-待焊工件 6-钎料环 7-工装托盘 11-钎焊箱箱体 12-钎焊箱箱盖 13-进气管 14-排气管 15-石英砂 21-箱体 22-箱盖 23-氩气进气管 24-出气管 25-小电炉 26-钎剂制取药品 27-密封圈
具体实施方式
30.本发明是一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备及钎焊工艺，结合图1～图5对本发明做详细描述。
31.如图1所示，一种用于高温合金毛细管钎焊的钎焊装备，氩气瓶接入气体发生器2的氩气进气管23，气体发生器2的出气管24连接钎焊箱1的进气管13，钎焊箱1内部装有待焊工件5后置于加热的主炉3中，整个装备管路中还安装有手动阀以及流量计。如图2所示，钎焊箱1主体结构包括钎焊箱箱体11和钎焊箱箱盖12，钎焊箱箱盖12密封盖于钎焊箱箱体11，钎焊箱箱体11下部焊接进气管13，钎焊箱箱体11上部焊接排气管14，因bf3气体比氩气重，
待焊工件5在钎焊箱箱体11的中下半部分，这样充气会使bf3气体在箱中底部纯度更高，钎焊效果更好。钎焊箱箱体11与钎焊箱箱盖12接触部分通过石英砂15密封，钎焊箱箱体11上部外围为装有石英砂15的槽体，钎焊箱箱盖12插入装有石英砂的槽体，这种密封方法成本低，操作方便。钎焊箱箱体11和钎焊箱箱盖12的材料可用高温合金或不锈钢，进气管13、排气管14选用不锈钢管。
32.主炉3为箱式电炉，包括炉体，在炉体内部有焊接平台，炉体四周(炉门除外)设置有加热感应线圈，在炉体顶部及两侧面设有热电偶，进行实时测温。主炉3的基本参数为：最高加热温度1300℃，常用工作温度1200℃，空炉升温至1200℃时间≤3h；炉温均匀性满足
±
10℃；控温精度满足
±
2℃；炉温均匀区覆盖待焊工件5所在位置。
33.如图3所示，气体发生器2的箱体21通过螺栓与箱盖22固定连接，箱体21上焊接氩气进气管23、箱盖22上焊接出气管24，出气管24与钎焊箱1的进气管13连接向钎焊箱输入钎剂，箱体21内部装有钎剂制取药品26，箱体21外部设有小电炉25。箱体21与箱盖22之间装有密封圈27，增加密封性能。箱体21和箱盖22的材料为不锈钢。小电炉25的参数为：最高加热温度1000℃，常用工作温度800-900℃。
34.本实施例中钎剂为bf3气体，是采用加热固态粉状的kbf4制取的，kbf4在高温下分解成kf与bf3气体。bf3作为钎剂所起作用：去除焊接面的氧化物，降低焊料熔点和表面张力。保护焊缝金属在液态时不受周围大气中有害气体的影响，使液态钎料有合适的流动速度以填满钎焊缝。
35.高温合金毛细管待焊工件5的装配方式如图4和图5所示，首先根据待焊工件5的材质以及体积选择适当的毛细管4以及钎料环6，并确定装配的各项参数。
36.本实施例中毛细管4和待焊工件5的母材材料为gh3030，钎料选取bmn40nicrcofe合金，熔化温度为1065-1135℃。本实施例中钎料为薄片状，厚度0.12mm，该合金钎料在锰镍合金的基础上加入12％的铬，并添加少量的钴以改善其性能，在高温下，钎料的高温性能和耐腐蚀性高。因此采用此种合金钎料形成焊缝具有较高强度、耐高温和耐腐蚀，能适应产品的复杂工作环境。
37.毛细管4规格为φ0.7mm
×
0.2mm、φ1mm
×
0.3mm等，选用的钎料环6厚度为0.12mm。如图6所示，待焊工件5的孔口保持锐边无倒角。
38.钎焊间隙的选择：适当的钎焊间隙可以使钎料在接头中均匀分布，达到最佳的钎焊效果，钎焊接头间隙一般在0.04-0.1mm之间。由于毛细管4在待焊工件5孔中的间隙是否均匀一致无法保证，这就要求毛细管4在待焊工件5孔中的平均间隙要求更高一些，在0.06-0.08mm时情况最佳。
39.钎料用量的选择：钎焊料用量为填满钎焊缝的钎料量与钎焊角的用量之和的1.5-2倍左右，钎焊料用量对钎焊质量有很大影响，钎料量用量过少，会造成钎焊缝填充不足或钎焊角不饱满，钎焊后的液压气密的数值将有所降低，在没达到压强指标时就会泄漏。钎焊料用量过多时，钎料漫流，影响产品外观。
40.钎料采用圆环结构的钎料环6，钎料环6按毛细管4的外径尺寸，将钎料片钻孔，根据计算的钎料量，通过工装冲压钎料环6或者用剪刀剪切钎料环6。
41.装配时，首先对毛细管4、待焊工件5及钎料环6浸泡在汽油中5-10分钟，并清洗干净，保证无油污，晾干。然后将毛细管4装配到待焊工件5的孔中，钎料环6穿过毛细管4后用
储能点焊机点焊在待焊工件5上，点焊时要使钎料环6紧密地贴合在待焊工件5上，这样钎料的铺展添充效果好，最后将装配好的待焊工件5放置在工装托盘7上。
42.本发明还提供一种用于高温合金毛细管的钎焊工艺，包括以下步骤：
43.步骤1、钎焊前清理，将毛细管4、待焊工件5及钎料环6浸泡在汽油中5-10分钟，并清洗干净至无油污后晾干，将毛细管4与待焊工件5装配，钎料环6点焊在待焊工件5上，点焊时使钎料环6紧密地贴合在待焊工件5上，然后将待焊工件5放置在工装托盘7上。
44.步骤2、对主炉3进行预热，温度1200
±
10℃，不少于0.5小时，目的是将炉膛温度均达到高温1200℃左右，减小打开炉门，装入钎焊箱1时，炉温降低幅度。取适量kbf4固体粉末加入到气体发生器2的箱体21中，并拧紧箱盖22密封，再将气体发生器2放入小电炉25中，将小电炉25加热到800-900℃，高温下制取钎剂bf3气体。原理为：kbf4在高温下分解成kf与bf3气体，此温度是kbf4分解的适宜温度，分解速度适中。
45.步骤3、将钎焊箱1及管路清理干净，不允许有油污、灰尘、水分及沉积物。将待焊工件5与工装托盘7一起装入钎焊箱1中，盖上钎焊箱箱盖12，用石英砂15进行密封，采用石英砂15进行密封，一方面方便操作，另一方面，成本较低。对钎焊箱箱体11内通氩气进行空气置换。氩气流量6-8l/min，通气时间15-20min。氩气的流量大小及通气时间视钎焊箱1的大小而定。通氩气是为了将钎焊箱1中的空气排空，确保钎焊箱1中的氩气纯度，以保证钎焊箱1入炉时，待焊工件5不被氧化。
46.步骤4、对钎焊箱换通氩气和bf3气体混合气，混合气流量4-6l/min，通气时间6-8min,保持过程中混合气流量稳定。混合气流量大小及通气时间视钎焊箱的大小而定。
47.步骤5、断电，将钎焊箱1送进主炉3内，关闭炉门，保持过程中氩气和bf3气体混合气流量稳定。
48.步骤6、通电加热，升温到1180-1200℃，保温时间10-12min，保持过程中氩气和bf3气体混合气流量稳定，保证钎料熔化，靠毛细作用，充满整个钎焊缝。钎焊温度通常选为高于钎料液相线温度25-60℃以上，以保证钎料能填满间隙。本实施例中钎料的熔化温度为1065-1135℃，钎焊温度选取范围为1160-1200℃。通过试验,当温度在1180-1200℃时，钎料的充填效果好，钎焊角饱满。钎焊的保温时间要视待焊工件5的大小，工装及钎料与母材相互作用的剧烈程度而定。大件的保温时间应长些，以保证均匀加热。钎料与母材作用强烈的，保温时间要短。一般来说，一定的保温时间是促使钎料与母材相互扩散，形成牢固结合所必需的，但过长的时间将导致熔蚀等缺陷发生。根据实际情况进行试验，保温时间在10-12min较合适，钎焊效果好。由于钎焊过程中，所用的bf3气体有窒息性，在空气中遇湿气立即水解，分解时生成有毒的氟化物烟雾，所以操作者必须戴防毒面罩进行操作，且钎焊间排风效果要好，具有废气处理功能。
49.步骤7、断电，从主炉3内移出钎焊箱1，换通氩气5-7l/min不少于45min，直至待焊工件5冷却后取出零件。目的是保护零件，以免在高温下氧化。
50.如图4所示待焊工件5圆周上的六个孔是在钎焊后，进行液压、气密时，与打压工装连接紧固作用。
51.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。