CN102601518B - 多层冷凝器壁板及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种冷凝器技术领域的多层冷凝器壁板的制造工艺，通过在毛坯表面进行预处理后，经加热后进行气体压力成形处理，最后经二步冷却完成工艺过程；即在一个工位上在两层板间气体压力作用下，用扩散焊接工序并用板间所供压力气体成形沟槽。因此，沟槽分布精度及其几何形状只有由模具来确定，精度得以大幅度提高，并且在固相中的扩散焊接没有破坏材料的组织，达到与母体材料等强度，以保证高水平腐蚀寿命及几何形状。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种冷凝器技术领域的壁板结构及其制造方法，具体是一种两层或三层冷凝器壁板的制造工艺。
背景技术
宇航装置中的冷凝器按照仪表和特殊要求安装在舱室的内外表面，这些部位必须承受规定的温度规范。因此，由这些壁板结构重复建成圆柱体型内外部薄壳体并形成温度调节系统的装置。冷凝器壁板结构上要求两层无缝连接，在长度上相邻两部分之间要有沟槽，以便热介质循环(图1a)。沟槽截面具有规定几何形状。对两层壁板使用材料为钛合金TC3，冷却片的厚度为1～1.5mm。
制造壁板传统工艺过程包括两层板在轧制中连接，由于轧制连接不能保证在焊接条件下的沟槽几何尺寸，造成在以下工序中报废率达到70～80％。在连接处用轧制、铆接或熔化焊接，这就大大降低了壁板连接处的精度，同时也降低了壁板的力学性能，这样的工艺组成壁板结构件的零件也多了很多。无疑，多耗了贵重的钛合金材料，增加了制造成本。
在冷凝器三层壁板中，冷凝器的功能被制成三层波浪形壁板(图1b)。这里，用于温度调节介质的通常为液态氮。此外，这样的结构构成了主整流罩的外壳。模具结构是波浪形圆柱体、锥体或梯形柱体外壳，用铆钉与壳体内部平滑连接，用氩弧焊与壳体外部连接。焊缝的极限密封水平限制在零件的使用期限内。这样的结构大大地增加了钳工的铆接工作量。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101148000，公开日2008-03-26，记载了一种“高温钛合金复杂沟槽结构面板与法兰液相扩散连接方法”，该技术包括以下步骤：(1)对被焊件高温钛合金复杂沟槽结构面板和法兰进行焊前表面处理；(2)将中间层材料点焊于面板或法兰的表面；(3)将被焊件安装在焊接夹具上；(4)放置在真空炉内，被焊接件升温至连接温度后中间层材料熔化形成液态、保温，低于连接温度时中间层材料与被焊接件表面凝固，在凝固后扩散处理温度时保温，随炉冷却。
但是该现有技术采用熔化焊接，毋容置疑，在焊缝处，严重损害了材料的力学性能，尤其是冲击韧性降低明显；且沿着焊缝留下了应力腐蚀源，从而降低了抗应力腐蚀寿命。该方法所制波浪形沟槽尺寸精度难以控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多层冷凝器壁板及其制造工艺，在一个工位上在两层板间气体压力作用下，用扩散焊接工序并用板间所供压力气体成形沟槽。因此，沟槽分布精度及其几何形状只有由模具来确定，精度得以大幅度提高，并且在固相中的扩散焊接没有破坏材料的组织，达到与母体材料等强度，以保证高水平腐蚀寿命及几何形状。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种多层冷凝器壁板的制造工艺，通过在毛坯表面进行预处理后，经加热后进行气体压力成形处理，最后经二步冷却完成工艺过程。
所述的毛坯是指经切割、脱脂除油、酸洗、清水漂洗以及烘干的钛合金板材。
所述的钛合金是指TC3钛合金、TC16或钛合金1911。
所述的预处理是指：将两层毛坯的对应沟槽位置进行防扩散涂层处理，或三层毛坯翻转板叠后用电子束进行焊接固定。
所述的防扩散涂层是指：将钛含量约80％的氮化钛，在500℃真空炉内施涂于对应板坯沟槽表面；
所述的加热是指：将毛坯和模具一并置于875～930℃环境下加热；具体为：
对两层冷凝器壁板为：在900～930℃，1.3×10-7MPa的真空环境下加热不超过200分钟，然后通入氩气并达到4～4.5MPa压力环境下保持40～50分钟，在压力支撑下对两层板进行扩散焊接；
对三层冷凝器壁板为：在875～930℃环境下通入氩气，并在10～15MPa的氩气环境下加热不超过300分钟。
所述的气体压力成形处理是指：紧密闭合模具并在氩气环境下使得气体供给转到毛坯沟槽成形处，即在875～930℃以及1～1.5MPa的气体压力下成形20～30分钟，具体为：
对两层板坯：在900～930℃以及1～1.5MPa的氩气气体压力下成形20～30分钟；
对三层板坯：在875～930℃以及1～1.5MPa的氩气气体压力下成形20分钟并保压10～15分钟。
所述的二步冷却是指：先在充满氩气的密闭模具中在200～300分钟内冷却到200℃，然后打开模具并在20-30分钟内常压环境下冷却到70℃。
本发明涉及上述工艺制备得到的多层冷凝器壁板，该壁板上包含若干条平行且由气体吹制而成的通道结构，该通道结构与模具凹面相匹配。
所述的通道结构中：两层壁板的通道结构为圆柱体；三层壁板的通道结构为波浪形圆柱体、锥体或梯形柱体。
所述的梯形柱体的剖面中底边长度：高度等于2。
与传统的制造方法相比较，由于采用新的结构和工艺，零件连接部位的强度增加30～50％；零件的材料消耗减少20～30％；由于去除了熔化焊接和铆接工序，连接处的精度提高2～4倍；零件数量减少到1/5～1/10；由于合并了制造工序制造劳动量减少了1/2～2/3，并且减少了装配和精加工工作量。
附图说明
图1为现有壁板示意图；
图中：a为两层冷凝器壁板；b为三层波浪形的壁板。
图2为本发明两层冷凝器壁板示意图；
图3为本发明三层钛合金制造的波形壁板示意图；
图中：a为钛合金TC16，b为钛合金1911。
图4为实施例两层冷凝器壁板成形工序流程图；
图中：i)为步骤2；ii)为步骤5；iii)为步骤6和7。
图5为实施例三层冷凝器壁板成形工序流程图；
图中：i)为步骤2；ii)为步骤4；iii)为步骤5、6和7。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
制备两层钛合金冷凝器壁板：如图2和图4所示，本实施例为以下步骤：
1.备料(切割，脱脂除油，酸洗，清水漂洗，烘干)按照各个不同工艺要求；
2.在坯料对应沟槽表面涂以防扩散涂层；
3.在真空小室内将两块板坯和工具装到模具中；
4.在真空炉里加热毛坯：控制温度为900～930℃，控制真空压力为1.3×10-7MPa，控制时间在200分钟以内；
5.通入氩气并在压力支撑下扩散焊接毛坯：控制温度为900～930℃，控制压力为4～4.5MPa，控制时间为40～50分钟；
6.紧密闭合模具，毛坯沟槽成形处通入氩气，在气体压力下成形：控制温度为900～930℃，控制压力为1～1.5MPa，控制时间为20～30分钟；
7.降低压力，通入气体，在充满氩气的密闭模具中冷却到200℃，控制时间为200～300分钟；
8.打开模具，冷却到70℃，控制时间为20～30分钟；
9.取出制件。
如图2所示，通过上述方法制备得到的两层冷凝器壁板的结构特点为：在固相中扩散焊接没有破坏材料组织，达到等强度，保证了高水平腐蚀寿命和高精度几何形状。
本实施例制备得到的壁板如图2所示，该壁板上包含若干条平行且由气体吹制而成的，圆柱体通道结构，该通道结构与图4中模具凹面相匹配。
实施例2
制备三层钛合金冷凝器壁板：如图3和图5所示，本实施例为以下步骤：
1.按照各个不同工艺要求进行备料(切割，脱脂除油，酸洗，清水漂洗，烘干)；
2.翻转板叠毛坯，用电子束焊接；
3.将三层毛坯板叠装入模具中：控制温度为875～930℃，控制压力为10～15MPa，控制时间在300分钟以内；
4.向板叠通入压力气体，成形：控制温度为875～930℃，控制压力为1～1.5MPa，控制时间为20分钟；
5.在气体压力下保压：控制温度为875～930℃，控制压力为1～1.5MPa，控制时间为10～15Min；
6.在逐步排出气体压力条件下，在封闭模具中冷却到200℃，控制时间为300分钟以内；
7.关掉供气阀门，打开模具冷却到70℃，控制时间为20～30分钟；
8.打开模具，摘取制件。
本实施例制备得到的壁板如图3所示，该壁板上包含若干条平行且由气体吹制而成的，波浪形圆柱体、锥体或梯形柱体的通道结构，该通道结构与图5中模具凹面相匹配。
如图3和图5所示，通过上述方法制备得到的三层冷凝器壁板的结构特点为：模具结构是波浪形圆柱体、锥体或梯形柱体。与两层板叠制造工艺相同，在固相中用电子束焊接没有破坏材料组织，达到等强度，保证了高水平腐蚀寿命和高精度几何形状。
制造冷凝器和波浪形壁板共同工序包括：连接和成形。在第一种情况下，用扩散焊接连接板叠；在第二种情况下，用电子束焊接。对空心圆柱体或锥体，通入压力气体成形。冷凝器的两层壁板和三层壁板工业实样分别示于图4和图5，使用板厚1mm；在设计的高度10～30mm时，结构的外廓尺寸达到500×500mm。
Claims (3)
1.一种多层冷凝器壁板的制造工艺，其特征在于，通过在TC3钛合金、TC16或钛合金1911的毛坯表面进行预处理后，经加热后进行气体压力成形处理，最后经二步冷却完成工艺过程；
所述的预处理是指：将两层毛坯的对应沟槽位置进行防扩散涂层处理，或三层毛坯翻转板叠后用电子束进行焊接固定；
所述的防扩散涂层是指：将钛含量约80%的氮化钛，在500℃真空炉内施涂于对应板坯沟槽表面；
所述的加热，对两层冷凝器壁板为：在900~930℃，1.3×10-7MPa的真空环境下加热不超过200分钟，然后通入氩气并达到4~4.5MPa气压的环境下保持40~50分钟，在压力支撑下对两层板进行扩散焊接；对三层冷凝器壁板为：在875~930℃环境下通入氩气，并在10~15 MPa的氩气环境下加热不超过300分钟；
所述的气体压力成形处理，对两层板坯：在900~930℃以及1~1.5MPa的氩气气体压力下成形20~30分钟；对三层板坯：在875~930℃以及1~1.5MPa的氩气气体压力下成形20分钟并保压10~15分钟；
所述的二步冷却是指：先在充满氩气的密闭模具中在200~300分钟内冷却到200℃，然后打开模具并在20-30分钟内常压环境下冷却到70℃。
2.根据权利要求1所述的多层冷凝器壁板的制造工艺，其特征是，所述的毛坯是指经切割、脱脂除油、酸洗、清水漂洗以及烘干的钛合金板材。
3.根据上述任一权利要求所述工艺制备得到的多层冷凝器壁板，其特征在于，该壁板上包含若干条平行且由气体吹制而成的通道结构，该通道结构与模具凹面相匹配，其中：两层壁板的通道结构为圆柱体；三层壁板的通道结构为波浪形圆柱体、锥体或具有剖面为底边长度：高度等于2的梯形柱体。
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Legal Events
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20151218 Granted publication date: 20140806 |
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Granted publication date: 20140806 Termination date: 20150322 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |