专利名称:钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，尤指采用钛合金箔状钎料，用型面加压式热膨胀装配工装夹紧，在真空中整体加热，进行钛合金骨架与蒙皮变截面构件大面积的连接。
背景技术：
对于由骨架与蒙皮连接且为变截面的构件焊接技术，目前在国内仍处于研究阶段，资料检索未见国外同类技术报导。该类构件的特点为1、构件主要由骨架和蒙皮组成，骨架上分布有大量的加强筋，两侧表面与蒙皮连接在一起。2、构件是一个变截面体，结构尺寸厚薄不均。3、该构件在焊接过程中，存在许多不同于普通构件的复杂因素，如零件前道工序加工造成的内应力及工件本身结构复杂性造成的焊接热膨胀非对称等，使得焊接变形控制十分困难。因此解决该类构件的焊接属于大面积复杂结构连接技术。
国内曾开展过氩弧焊、激光焊等方法的研究。但上述方法均属局部加热熔化焊接技术，焊接内应力大、焊后变形严重，焊接变形均大于0.5mm，且难以达到骨架与蒙皮的大面积连接。
发明内容根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种针对由骨架和蒙皮组成的钛合金构件，并且构件是变截面体，结构尺寸厚薄不均，骨架上分布大量的加强筋，需实现骨架与蒙皮所有接触面积的连接，为此，用钛合金箔状钎料预置于骨架与蒙皮接触面之间，利用热膨胀型面加压式装配工装，在真空条件下对其进行整体加热，使钎料熔化并布满整个被连接面的钎焊焊接方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的一种钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其具体步骤如下(1)首先将检测后的零件酸洗干净，将FTI高强度钛合金箔状钎料预置于骨架与蒙皮待焊面之间；(2)采用热膨胀装配工装或型面加压式热膨胀装配工装夹紧，在真空环境下对其进行整体加热；(3)通过适宜的真空钎焊参数，使钎料在高温发生熔化布满整个待焊面，并在低于钎焊温度下保温进行固态扩散，从而完成钎焊连接；
(4)完成产品焊接后，拆卸工装，检查构件尺寸及焊接质量。
型面加压式热膨胀装配工装，主要由定位紧固帽(1)，衬板(2)，压力调节装置(3)，夹板(4)，构件(5)，定位块(6)，下紧固件(7)和底座(8)组成，其中，定位紧固帽(1)套装定位于夹板(4)端部，定位块(6)与夹板(4)连接，衬板(2)与构件(5)和压力调节装置(3)相接触，下紧固件(7)与夹板(4)和底座(8)连接。工装为两侧对称的型面垂直加压方式，将可调的多点作用力垂直施加于高温高强合金衬板上，通过衬板将力均匀作用于蒙皮上，工装可在950℃以下重复使用。
工装可采用热膨胀系数小于钛合金的耐高温材料制作，如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
采用以下焊接参数可实现钛合金骨架与蒙皮变截面构件的连接。
钎焊参数870～950℃，保温2～60min；扩散参数700～850℃保温，30～120min。
其中1、构件升温至900℃保温10min后降至850℃保温30min，随炉冷却；2、构件升温至950℃保温5min后降至700℃保温60min，随炉冷却；3、构件升温至870℃保温40min后降至800℃保温100min，随炉冷却。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果1、本发明为了减小焊接变形，实现骨架与蒙皮所有接触面的连接，提供了采用钛合金箔状钎料预置于骨架与蒙皮接触面之间并利用热膨胀工装夹紧，在真空条件下对其进行整体加热，使钎料熔化并布满整个被连接面，凝固后经扩散处理形成牢固的钎焊接头，经过实际施工实现了钛合金骨架与蒙皮变截面复杂构件的连接。
2、本发明提供了钎焊热膨胀加压及变形控制技术，解决了构件平面度及对称度严重焊接变形的技术难题。
3、本发明提供了高温钎焊和扩散处理创新工艺技术，最终使结构件获得良好的力学性能。
4、本发明提供的型面加压式热膨胀装配工装，结构简单，造价低，工作可靠，使用维护修理简易。
图1为本发明构件真空钎焊流程示意图图2为本发明型面加压式热膨胀装配工装总体结构剖视示意图
具体实施方式一种钛合金色骨架与蒙皮变截面构件焊接方法由图1示出构件真空钎焊流程，首先将检测后的零件酸洗干净，将FTI高强度箔状钎料预装在骨架待焊面，在通过热膨胀装配工装或型面加压式热膨胀装配工装夹紧后入炉进行真空钎焊，通过适宜的真空钎焊参数，如高温钎焊参数870～950℃，保温2～60min；扩散参数700～850℃保温，30～120min，使钎料在高温发生熔化并在低于钎焊温度下保温进行固态扩散，扩散使接头组织成份进一步均匀化，完成产品焊接后，拆卸工装，检查构件尺寸及焊接质量。
由图2示出型面加压式热膨胀装配工装的总体剖视示意图。
型面加压式热膨胀装配工装，主要由定位紧固帽1，衬板2，压力调节装置3，夹板4，构件5，定位块6，下紧固件7和底座8组成，其中，定位紧固帽1套装定位于夹板4端部，定位块6与夹板4连接，衬板2与构件5和压力调节装置3相接触，下紧固件7与夹板4和底座8连接。工装可在950℃以下重复使用。
可知，利用构件和工装夹具材料热膨胀系数的差别，采用热膨胀系数小于钛合金的耐高温材料制作工装，使得构件在高温下的膨胀量大于夹具的膨胀量，从而使得蒙皮在钎焊升温过程中和钎料发生熔化后仍能受到热膨胀压紧力的作用而紧贴于骨架，保证了大面积钎焊质量。由于构件结构复杂，厚薄不均，所以施于两侧蒙皮的压紧力必须均匀、对称，否则极易造成构件平面度及对称度严重变形的后果，因此工装设计上采用了两侧对称的型面垂直加压方式即将可调的多点作用力垂直施加于高温高强合金衬板上，通过衬板(与蒙皮型面一致)将力均匀作用于蒙皮上，解决了构件平面度及对称度严重焊接变形的技术难题。
装配工装的材料可采用膨胀系数小于钛合金的金属或合金。如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
又知，在实际生产过程中，采用如下工艺参数(1)构件升温至900℃保温10min后降至850℃保温30min，随炉冷却。
(2)构件升温至950℃保温5min后降至700℃保温60min，随炉冷却。
(3)构件升温至870℃保温40min后降至800℃保温100min，随炉冷却。
权利要求
1.一种钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其具体步骤如下(1)首先将检测后的零件酸洗干净，将钛合金箔状钎料预置于骨架与蒙皮待焊面之间；(2)采用热膨胀装配工装夹紧，在真空环境下对其进行整体加热；(3)通过适宜的真空钎焊参数，使钎料在高温发生熔化布满整个待焊面，并在低于钎焊温度下保温进行固态扩散，从而完成钎焊连接；(4)完成产品焊接后，拆卸工装，检查构件尺寸及焊接质量。
2.根据权利要求
1所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于采用型面加压式热膨胀装配工装夹紧。
3.根据权利要求
2所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于型面加压式热膨胀装配工装，主要由定位紧固帽(1)，衬板(2)，压力调节装置(3)，夹板(4)，构件(5)，定位块(6)，下紧固件(7)和底座(8)组成，其中，定位紧固帽(1)套装定位于夹板(4)端部，定位块(6)与夹板(4)连接，衬板(2)与构件(5)和压力调节装置(3)相接触，下紧固件(7)与夹板(4)和底座(8)连接。
4.根据权利要求
3所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于采用热膨胀系数小于钛合金的耐高温材料制作工装，如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
5.根据权利要求
3所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于工装为两侧对称的型面垂直加压方式，将可调的多点作用力垂直施加于高温高强合金衬板上，通过衬板将力均匀作用于蒙皮上，工装可在950℃以下重复使用。
6.根据权利要求
1所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于钎料为FTI高强度箔状钎料。
7.根据权利要求
1所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于高温钎焊参数为870～950℃，保温2～60min；扩散参数为700～850℃保温，30～120min。
8.根据权利要求
1所述的钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，其特征在于构件升温至900℃保温10min后降至850℃保温30min，随炉冷却；构件升温至950℃保温5min后降至700℃保温60min，随炉冷却；构件升温至870℃保温40min后降至800℃保温100min，随炉冷却。
专利摘要
一种钛合金骨架与蒙皮变截面构件焊接方法，主要将钛合金箔状钎料预置于骨架与蒙皮待焊面之间，采用热膨胀装配工装或型面加压式热膨胀装配工装夹紧，在真空环境下对其进行整体加热，使钎料熔化布满整个待焊面，凝固后经扩散处理完成钎焊连接，同时还提供了可在950℃以下重复使用的型面加压式热膨胀装配工装的结构组成，工装结构简单，工作可靠，造价低廉，使用维护修理简易。并揭示了采用FTI高强钛合金钎料进行高温钎焊和扩散处理的创新复合工艺参数。
文档编号B23K37/053GK1990149SQ200510135350
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日
发明者毛建英, 李海刚 申请人:航天材料及工艺研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan