CN102784987B - 一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法，特别涉及一种能够实现C/C复合材料与GH600的有效钎焊连接方法，属于C/C复合材料内置金属管技术领域。在C/C复合材料的待焊接表面和Ni基高温合金管的待焊接表面涂敷钎焊材料，然后将Ni基高温合金管置于C/C复合材料内，得到组件；将组件置于真空钎焊炉中进行焊接。本发明的方法通过采用钎焊技术，实现C/C复合材料与高温合金管的可靠焊接，熔化的Ni基钎料将两种材料有效的连接，并充当热流的导体；对得到的组件进行压剪切强度测试，测试结果表明组件的破坏均发生在C/C复合材料母材。

Description

一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法，特别涉及一种能够实现C/C复合材料与GH600的有效钎焊连接方法，属于C/C复合材料内置金属管技术领域。
背景技术
C/C复合材料结构内置金属管是一种新型高效的高温热防护方法。它是一种利用金属管内部工质相变或者靠主动冷却剂进行热量传递的高效传热组件，这种热防护结构能够经受长时间、高热流密度的加热。
目前，这种内置高温合金管的热防护结构主要采用复合材料结构与内置金属管机械装配的形式。它们之间的接触热阻极大地影响着整个结构热防护的效果；且金属热管与复合材料热膨胀系数上的差异，受热时热应力会使得热管的平直段将很可能会发生弯曲或变形。这种在C/C复合材料内部机械装配内置金属管结构的矛盾在于：要达到良好的传热效果，希望两种材料进行良好的热接触(沿厚度方向)，以将外表面的热量传递到内置管中；但是由于考虑使用条件下(高温)，由于两种材料的热膨胀系数不匹配，所以整个结构必须要留有一定的装配间隙，避免由于内部金属管热膨胀较大造成结构破裂。这样造成C/C复合材料内部机械装配内置金属管冷却结构，冷却和热传导效率不高，且对结构装配要求很高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法，该方法将复合材料与高温热管进行连接，通过焊缝层优良的热传导性，缓解复合材料与高温合金热膨胀系数差异造成的热应力，同时可以降低复合材料与热管的装配精度要求，提高结构的均一性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法，该方法的具体步骤为：
1)在C/C复合材料的待焊接表面和Ni基高温合金管的待焊接表面涂敷钎焊材料，然后将Ni基高温合金管置于C/C复合材料内，得到组件；
2)将组件置于真空钎焊炉中，在真空度高于5.0×10-2Pa的条件下，温度1100～1200℃下进行焊接，保持5-20min，焊接时对组件施加1KPa-1MPa压力。
上述步骤1)中钎焊材料包括钎料和粘接剂；其中，钎料成分见表1，粘接剂为硝化棉溶液；硝化棉溶液中硝化棉的质量含量为4％-8％，乙醇的质量含量为20％-25％，乙醚的质量含量为67％-76％；粘接剂与钎料的体积比为1～5∶1；
表1钎料成分
有益效果
本发明的方法通过采用钎焊技术，实现C/C复合材料与高温合金管的可靠焊接，熔化的Ni基钎料将两种材料有效的连接，并充当热流的导体；对得到的组件进行压剪切强度测试，测试结果表明组件的破坏均发生在C/C复合材料母材。
附图说明
图1为实施例1中内置Ni基高温合金管的C/C复合材料的截面结构示意图；
图2为实施例1中内置Ni基高温合金管的C/C复合材料的截面结构示意图；
1-C/C复合材料，2-GH600，3-钎焊材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
C/C复合材料的尺寸为30×30×10mm，C/C复合材料为两块；Ni基高温合金管为GH600，壁厚为1mm，直径为6.0mm，长度为30mm；钎焊材料包括钎料和粘接剂；将钎料和粘接剂进行混合，得到钎焊材料，钎料成分选用表1中的1号钎料，钎料与粘接剂的体积比为1∶3；粘接剂为硝化棉溶液；硝化棉溶液中硝化棉的质量含量为4％，乙醇的质量含量为20％，乙醚的质量含量为76％；
1)分别在两块C/C复合材料的表面沿长度方向开3个槽，槽的形状都为半圆柱形，槽的长度与C/C复合材料的宽一致，槽的半径为3.0～3.1mm；每个槽之间的中心距为7mm；
2)将GH600表面用600#SiC砂纸研磨，将GH600和C/C复合材料用超声波+丙酮清洗30min，空置风干；
3)分别在两块C/C复合材料的槽内和GH600的外表面涂敷钎焊材料，钎焊材料的厚度为0.2mm；然后将GH600置于其中一块C/C复合材料的槽内，并将另一块C/C复合材料对齐第一块C/C复合材料扣上，使GH600正好位于两块C/C复合材料的槽内，得到组件；
4)将组件置于真空钎焊炉中，在真空度为1.0×10-2Pa的条件下，温度1150℃下进行焊接，保持10min，焊接时对组件施加1KPa压力，焊接完成后得到内置Ni基高温合金管的C/C复合材料，其截面结构示意图如图1所示，其中，1为C/C复合材料，2为GH600，3为钎焊材料。
将得到的内置Ni基高温合金管的C/C复合材料进行压剪切强度测试，并观察断口形貌，结果表明，破坏发生在C/C复合材料母材。
实施例2
C/C复合材料的尺寸为30×30×10mm；Ni基高温合金管为GH600，壁厚为1mm，直径为6.0mm，长度为30mm；钎焊材料包括钎料和粘接剂；将钎料和粘接剂进行混合，得到钎焊材料，钎料成分选用表1中的2号钎料，钎料与粘接剂的体积比为1∶4；粘接剂为硝化棉溶液；硝化棉溶液中硝化棉的质量含量为6％，乙醇的质量含量为24％，乙醚的质量含量为70％；
1)在C/C复合材料的表面沿长度方向开3个槽，槽的形状都为半圆柱形，槽的长度与C/C复合材料的宽一致，槽的半径为3.0～3.1mm；每个槽之间的中心距为9mm；
2)将GH600表面用600#SiC砂纸研磨，将GH600和C/C复合材料用超声波+丙酮清洗30min，空置风干；
3)在C/C复合材料的槽内和GH600的外表面的一半涂敷钎焊材料，钎焊材料的厚度为0.2mm；然后将GH600涂敷有钎焊材料的一侧置于C/C复合材料的槽内，得到组件；
4)将组件置于真空钎焊炉中，在真空度为1.0×10-2Pa的条件下，温度1200℃下进行焊接，保持20min，焊接时对组件施加2KPa压力，焊接完成后得到内置Ni基高温合金管的C/C复合材料，其截面结构示意图如图2所示，其中，1为C/C复合材料，2为GH600，3为钎焊材料。
将得到的内置Ni基高温合金管的C/C复合材料进行压剪切强度测试，并观察断口形貌，结果表明，破坏发生在C/C复合材料母材。
实施例3
C/C复合材料的尺寸为8mm×5mm×5mm；GH600的尺寸为8mm×5mm×5mm；钎焊材料包括钎料和粘接剂；将钎料和粘接剂进行混合，得到钎焊材料，钎料成分选用表1中的3号钎料，钎料与粘接剂的体积比为1∶5；粘接剂为硝化棉溶液；硝化棉溶液中硝化棉的质量含量为6％，乙醇的质量含量为24％，乙醚的质量含量为70％；
1)将GH600表面用600#SiC砂纸研磨，将GH600和C/C复合材料用超声波+丙酮清洗30min，空置风干；
2)在C/C复合材料的表面和GH600的表面涂敷钎焊材料，钎焊材料的厚度为0.2mm；然后将GH600涂敷有钎焊材料的一侧置于C/C复合材料涂敷有钎焊材料的表面，得到组件；
3)将组件置于真空钎焊炉中，在真空度为1.0×10-2Pa的条件下，温度1100℃下进行焊接，保持20min，焊接时对组件施加2KPa压力，焊接完成后得到Ni基高温合金管与C/C复合材料的钎焊试样。
将得到的试样进行压剪切强度测试，测试方法按照GB/T11363-1989进行，测试结果为：平均压剪切强度为49.2MPa，并观察断口形貌，结果表明，破坏发生在C/C复合材料母材。

Claims (1)

1.一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
1)在C/C复合材料的待焊接表面和Ni基高温合金管的待焊接表面涂敷钎焊材料，然后将Ni基高温合金管置于C/C复合材料内，得到组件；
2)将组件置于真空钎焊炉中进行焊接；
步骤2)中真空钎焊炉中真空度高于5.0×10-2Pa；
步骤2)中真空钎焊炉中温度为1100～1200℃，保温时间为5-20min；
步骤2)中在真空钎焊炉中焊接时对组件施加1KPa-1MPa压力；
步骤1)中钎焊材料包括钎料和粘接剂，其中，钎料成分见表1：
表1钎料成分
粘接剂为硝化棉溶液；硝化棉溶液中硝化棉的质量含量为4％-8％，乙醇的质量含量为20％-25％，乙醚的质量含量为67％-76％；粘接剂与钎料的体积比为1～5∶1；
在C/C复合材料的表面开半圆柱形的槽，在槽内涂敷钎焊材料。
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