CN102974946B - 一种控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法及钎焊夹具 - Google Patents
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Abstract
一种控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法及钎焊夹具，将经过喷丸和表面清洁的板片装入定位装置上，并将蜂窝装配定位到板片上。向板片蜂窝芯格内放置钎料。将放置好粉状钎料的板片蜂窝件装夹到钎焊夹具上，并用弓形夹加紧。将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝件放入真空钎焊炉中进行真空钎焊。本发明利用板片定位装置和钎焊夹具，最大程度的减少了储能点焊时的有害电阻，防止储能点焊时击伤蜂窝侧壁和焊后零件变形。本发明有效的提高了零件的一次焊接合格率，取得明显的经济效益，适用于舰船、燃气轮机领域，能够产生好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体是一种控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法。
背景技术
在高速旋转的流体机械中,为了提高效率,减少泄漏,维持各个腔室的工作压力,通常需要采用各种封严措施,篦齿涂层密封和蜂窝密封是非接触式动态密封中应用最广泛的两种。当板片壁厚为0.5～1mm时，该板片在高温下强度不足，而且零件在真空钎焊时，由于钎料的润湿铺展作用力，在焊接过程中钎料与板片相互作用及在钎料凝固时极易在板片外圆轴向方向产生翘曲变形；钎料量难以控制造成焊后钎角尺寸过大或钎料漫流造成板片壁厚增大；不锈钢板片与高温合金蜂窝壁厚差异大，储能点焊参数选取困难，容易造成蜂窝定位尺寸超差等问题，从而影响了组件的后续装配。
目前蜂窝类零件的真空钎焊工艺都为机加环形蜂窝零件的钎焊工艺，在钎焊时环形蜂窝零件都留有加工余量，由于环形结构可有效地抵抗焊接时引起的变形，即使存在焊接变形也可在后续的机加工工序中消除，故环形蜂窝的真空钎焊过程不存在控制焊接变形问题。板片蜂窝的板片一般壁厚不大于1mm，由于壁厚较薄为节约生产成本，不使用机加工工艺方法机加而直接使用板材冲压成弧形，其在真空钎焊时极易造成零件变形，在国内外专利查询中未查询到控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法。
发明内容
为克服现有技术中存在的板片蜂窝真空钎焊过程中出现的变形问题及钎角尺寸难以控制、蜂窝定位尺寸超出的不足，本发明提出了一种控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法及钎焊夹具。
本发明的具体过程是：
步骤1，表面喷丸。
喷丸时对所述的板片的外圆弧表面全部喷丸，喷丸强度为0.08～0.12A。
步骤2，打磨清洗。
对板片的内圆表面进行打磨至露出金属光泽。
步骤3，装配定位。
将板片装入定位装置上，并通过储能点焊定位的方法将蜂窝装配定位到板片上。在通过储能点焊固定蜂窝件与板片时，储能点焊的电极压力为8～12kg，脉冲能量为180～240J。定位焊时对整个蜂窝面都进行定位，并且相邻的焊点重叠的面积为20％-30％。
步骤4，填加钎料。根据设计要求向板片蜂窝芯格内放置钎料。在向板片蜂窝芯格内放置钎料时，所述钎料的用量为每600～800mm2的蜂窝芯格用1～1.5g钎料粉。
步骤5，装夹钎焊夹具。将放置好粉状钎料的板片蜂窝件装夹到钎焊夹具上，并将弓形夹加紧。
步骤6，真空钎焊。将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝件放入真空钎焊炉中，并采用常规方法对板片蜂窝件进行真空钎焊。钎焊时，根据板片蜂窝所使用牌号钎料的液相线，按照常规方法选择对应的钎焊温度，钎焊温度高于钎料液相线30℃～100℃，并保温5～8min。
所述钎焊夹具包括型面块、弧形压板和弓形夹。所述型面块的上表面为凹弧面，该凹弧面的半径与零件的半径相同。型面块的下表面为阶梯状，在该型面块下表面一侧向里凹进去，所凹进去的空间用于安装弓形夹。使用时，将板片蜂窝组件放置在型面块的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块的凹弧形表面贴合。将弧形压板置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹，将弧形压板与板片蜂窝组件固紧。
本发明包括型面块、弧形压板和弓形夹。所述型面块的上表面为凹弧面，该凹弧面的半径与零件的半径相同。型面块的下表面为阶梯状，在该型面块下表面一侧向里凹进去，所凹进去的空间用于安装弓形夹。使用时，将板片蜂窝组件放置在型面块的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块的凹弧形表面贴合。将弧形压板置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹，将弧形压板与板片蜂窝组件固紧。
本发明中：
a.对定位装置进行了改进
为了保证蜂窝件在板片上的装配尺寸，制造了定位装置，定位装置中的底座为紫铜材料，最大程度的减少了储能点焊时的有害电阻，隔板为绝缘尼龙块，可以防止储能点焊时击伤蜂窝侧壁。该定位装置的使用既保证了蜂窝件的定位尺寸，也提高生产效率。
b.钎焊工装的改进
改进前只使用了弓形夹在真空钎焊时对零件进行夹持，弓形夹只能在一定程度上保证加热过程中防止储能焊点失效，并不能有效的控制焊接后板片在外圆轴向方向产生翘曲变形。若夹持力过大，还有可能压伤蜂窝表面。
制造了进炉钎焊夹具，型面块、压板、弓形夹都为高温强度较好的高温合金材料制成，压板避免了弓形夹与蜂窝直接接触，防止工装压伤蜂窝表面，并且进炉时将零件的型面与工装型面块压紧，有效地防止了焊后零件变形。
c.焊前板片型面预处理的改进
改进前板片由主制车间冲压成型后，直接配套后进行板片与蜂窝的真空钎焊工序，由于板片冲压成型时存在内应力，在钎焊高温下，板片本身强度不足，再加上钎料熔化后的润湿铺展，造成零件板片焊后在外圆轴向方向产生翘曲变形。
经过研究，对板片表面进行喷丸处理，预先增加反应力，增加板片表面强度后进行真空钎焊，能够有效解决零件的焊接变形。
d.钎料填加方式改进
改进前零件在定位后，先在蜂窝芯格内放置粉状钎料，然后在蜂窝外侧涂注一道膏状钎料，钎焊后由于膏状钎料熔化铺展，容易在蜂窝外侧造成较大的钎角尺寸和局部板片板厚增加，从而影响零件的后续装配。通过多次焊接试验，确定出只在蜂窝芯格内放置最佳钎料使用量，既可以保证零件焊接质量，也避免了焊后零件钎角过大而影响零件后续装配的问题。
本发明所涉及的板片为冲压成型，由于板片冲压成型时存在内应力，在钎焊高温下，板片本身强度不足，再加上钎料熔化后的润湿铺展，造成零件板片焊后在外圆轴向方向产生翘曲变形。经过研究，对板片表面进行喷丸处理，预先增加反应力，增加板片表面强度后进行真空钎焊，可有效解决零件的焊接变形。通过多次焊接试验，确定出只在蜂窝芯格内放置最佳钎料使用量，既可以保证零件焊接质量，也避免了焊后零件钎角过大而影响零件后续装配的问题。由于储能点焊工艺的改进保证了零件钎焊间隙，蜂窝芯格内的粉状钎料在焊后熔化铺展就在蜂窝边缘形成一条光滑完整的钎缝，钎角尺寸不超过R0.2，避免了过大钎角的情况及钎料堆积，保证了零件的后续装配要求。钎焊夹具的型面块、压板、弓形夹都为高温强度较好的高温合金材料制成，压板避免了弓形夹与蜂窝直接接触，防止夹具压伤蜂窝件的外表面，并且进炉时将零件的型面与工装型面块压紧，有效地防止了焊后零件变形。焊前对板片表面进行喷丸处理并使用最佳钎料使用量结合钎焊进炉工装的使用，可有效控制零件在焊接过程中的变形，使零件在焊后外圆轮廓度保证在0.3mm以内。采用本方法可控制零件的焊接变形，提高零件的一次焊接合格率。
由于本发明采取的技术方案，有效的提高了零件的一次焊接合格率，取得明显的经济效益。同时，本发明适用于舰船、燃气轮机领域，能够产生好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是板片蜂窝焊接示意图，其中图1a是板片蜂窝的主视图，图1b是图1a的A-A向视图；
图2是定位装置示意图；其中图2a是主视图，图2b是图2a的A-A向视图，图2c是图2a的B向视图；
图3是定位装置中底座的结构示意图，其中图3a是主视图，图3b是图3a的A-A向视图，图3c是图3a的B向视图；
图4是钎焊夹具的结构示意图，其中图4a是主视图，图4b是图4a的A-A向视图，图4c是图4a的B向视图；
图5是本发明流程图。图中：
1.板片 2.蜂窝件 3.底座 4.压板 5.导杆
6.弹簧 7.隔板 8.定位螺钉 9.销子 10.螺钉
11.弓形夹 12.型面块 13.弧形压板
具体实施方式
实施例一
本实施例是一种厚度为0.5mm的弧形板片蜂窝真空钎焊变形的方法，其具体过程包括以下步骤：
步骤1，表面喷丸。
采用常规的工艺方法对板片的外圆弧表面进行喷丸处理。喷丸时对所述的板片的外圆弧表面全部喷丸，喷丸强度为0.08A。
步骤2，打磨清洗。
用砂纸或钢丝轮对板片的内圆表面进行打磨，去除板片表面的氧化皮，直至露出金属光泽。本实施例中，采用砂纸对板片的内圆表面进行打磨。
步骤3，装配定位。
将板片装入定位装置上，并通过储能点焊定位的方法将蜂窝装配定位到板片1上。装配定位的具体过程是，先将板片插入定位装置下底板的宽槽内，再将蜂窝件2放到板片上表面，拧紧导杆5，通过隔板7将蜂窝件2夹紧。通过位于板片1上方的压板4对置于板片上表面的蜂窝件2长度方向的两侧侧边进行压缩，使所述蜂窝件2的两侧侧边与板片边缘的间距满足定位要求。通过储能点焊的方法将蜂窝件2与板片1之间固定，实现板片与蜂窝件的装配定位，得到定位的板片蜂窝组件。在通过储能点焊固定蜂窝件2与板片1时，储能点焊的电极压力为8～12kg,脉冲能量为180～200J。定位焊时对整个蜂窝面都进行定位，并且相邻的焊点重叠的面积为20％-30％。本实施例中，在通过储能点焊固定蜂窝件2与板片1时，储能点焊的电极压力为10kg,脉冲能量为190J，相邻的焊点重叠的面积为25％。
储能点焊定位后松开导杆5，通过弹簧6将压板4顶出。
所述的定位装置包括底座3、压板4、导杆5、弹簧6、隔板7、定位螺钉8、销子9和螺钉10。
底座3为紫铜材料，可最大程度的减少储能点焊时的有害电阻，隔板7为绝缘尼龙块，可以防止储能点焊时击伤蜂窝侧壁。
底座3由定位台和安装台组成，所述安装台为矩形，定位台位于安装台上表面中心，使底座3的横截面为“凸”字形。所述定位台和安装台的上表面均为凹弧面，并且定位台凹弧面的半径与所定位零件的半径相同。在定位台的凹弧面上，有板片安放槽。该板片安放槽的槽底表面亦为凹弧面，并且板片安放槽的深度与板片的厚度相同。
在所述底座中心的凸台的两端分别有一个贯通该凸台宽度方向的导杆过孔，用于安装导杆5；该导杆过孔的孔径与导杆的外径相同，并使导杆与导杆过孔之间间隙配合。所述的导杆过孔的两端的孔径大于该导杆过孔中部的孔径，在该导杆过孔的两端安放有环形弹簧6。导杆过孔的两端的孔径略大于导杆外径与环形弹簧外径之和。
在底座3两端的端面有定位螺钉8的安装孔，所述定位螺钉8的安装孔的位置与导杆过孔对应，并且定位螺钉8的安装孔的中心线垂直与导杆过孔的中心线。
压板4有2块，分别位于底座3中心凸台的两侧，并且压板4的一个侧表面与底座3的外侧表面贴合。所述压板4上亦有导杆过孔；该导杆过孔与底座中心凸台上的导杆过孔同心。该导杆过孔位于底座3中心凸台侧表面一端的孔径最大，该孔径略大于导杆外径与环形弹簧外径之和。
隔板7有2个，安装在底座3中心凸台表面，并分别位于所述凸台表面的两侧；所述隔板7的外侧表面与压板4内侧表面贴合。所述隔板7为条形，其长度与一般的长度相同。所述隔板7的外形为阶梯状。
使用时，将2个压板4置于底座3的安装台上并分别位于该安装台的两侧。将隔板7置于定位台的上表面；通过螺钉10将隔板7与压板4固连。将导杆5装入位于底座3和压板4上的导杆过孔内，并通过定位螺钉将该导杆顶紧，防止该导杆转动。将2个弹簧6分别套装在导杆的两端；所述的弹簧6位于所述的导杆过孔内。通过螺母将导杆固紧。
步骤4，填加钎料。根据设计要求向板片蜂窝芯格内放置钎料。本实施例中，所述的钎料为粉状BNi73CrSiB-40Ni-S。在向板片蜂窝芯格内放置钎料时，所述钎料的用量为每600～800mm2的蜂窝芯格用1～1.5g钎料粉。本实施例中，所述钎料的用量为每750mm2的蜂窝芯格用1g钎料粉。
步骤5，装夹钎焊夹具。将放置好粉状钎料的板片蜂窝组件装夹到钎焊夹具上，并将弓形夹加紧。所述装夹钎焊夹具的具体过程是，将板片蜂窝组件放置在钎焊夹具的型面块12的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块12的凹弧形表面贴合。将弧形压板13置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹11，将弧形压板13与板片蜂窝组件固紧。
所述的钎焊夹具包括型面块12、弧形压板13和弓形夹。
所述型面块12为条形块，该型面块12的上表面为凹弧面，该凹弧面的半径与零件的半径相同。型面块12的下表面为阶梯状，在该型面块下表面一侧向里凹进去，所凹进去的空间用于安装弓形夹11。所述速弓形夹11采用现有技术。
所述弧形压板13为弧形板，该弧形板的半径与所成形零件的半径相同。弧形压板13的外形尺寸根据所成形零件的外形尺寸确定。
使用时，将板片蜂窝组件放置在型面块12的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块12的凹弧形表面贴合。将弧形压板13置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹11，将弧形压板13与板片蜂窝组件固紧。
步骤6，真空钎焊。将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝组件放入真空钎焊炉中，并采用常规方法对板片蜂窝组件进行真空钎焊。钎焊时，根据板片蜂窝所使用牌号钎料的液相线，按照常规方法选择对应的钎焊温度，钎焊温度高于钎料液相线30℃～100℃。本实施例中，所选用的钎料为粉状BNi73CrSiB-40Ni-S，故钎焊温度为1080℃，并保温5～8min，时间过长易引起蜂窝芯格熔蚀。
实施例二
本实施例是一种厚度为0.8mm的弧形板片蜂窝真空钎焊变形的方法，其具体过程包括以下步骤：
步骤1，表面喷丸。
采用常规的工艺方法对板片的外圆弧表面进行喷丸处理。喷丸时对所述的板片的外圆弧表面全部喷丸，喷丸强度为0.1A。
步骤2，打磨清洗。
用砂纸或钢丝轮对板片的内圆表面进行打磨，去除板片表面的氧化皮，直至露出金属光泽。本实施例中，采用砂纸对板片的内圆表面进行打磨。
步骤3，装配定位。
将板片装入定位装置上，并通过储能点焊定位的方法将蜂窝装配定位到板片1上。装配定位的具体过程是，先将板片插入定位装置下底板的宽槽内，再将蜂窝件2放到板片上表面，拧紧导杆5，通过隔板7将蜂窝件2夹紧。通过位于板片1上方的压板4对置于板片上表面的蜂窝件2长度方向的两侧侧边进行压缩，使所述蜂窝件2的两侧侧边与板片边缘的间距满足定位要求。通过储能点焊的方法将蜂窝件2与板片1之间固定，实现板片与蜂窝件的装配定位。在通过储能点焊固定蜂窝件2与板片1时，储能点焊的电极压力为8～12kg,脉冲能量为200～220J。定位焊时对整个蜂窝面都进行定位，并且相邻的焊点重叠的面积为20％-30％。
储能点焊定位后松开导杆5，通过弹簧6将压板4顶出。
本实施例所使用的定位装置与实施例1中所使用的定位装置相同。
步骤4，填加钎料。根据设计要求向板片蜂窝芯格内放置钎料。本实施例中，所述的钎料为粉状HBNi82CrSiB。在向板片蜂窝芯格内放置钎料时，所述钎料的用量为每600～800mm2的蜂窝芯格用1～1.5g钎料粉。本实施例中，所述钎料的用量为每650mm2的蜂窝芯格用1g钎料粉。
步骤5，装夹钎焊夹具。将放置好粉状钎料的板片蜂窝组件装夹到钎焊夹具上，并将弓形夹加紧。所述装夹钎焊夹具的具体过程是，将板片蜂窝组件放置在钎焊夹具的型面块12的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块12的凹弧形表面贴合。将弧形压板13置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹11，将弧形压板13与板片蜂窝组件固紧。
本实施例所使用的钎焊夹具与实施例1中所使用的钎焊夹具相同。
步骤6，真空钎焊。将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝组件放入真空钎焊炉中，并采用常规方法对板片蜂窝组件进行真空钎焊。钎焊时，根据板片蜂窝所使用牌号钎料的液相线，按照常规方法选择对应的钎焊温度，钎焊温度高于钎料液相线30℃～100℃。本实施例中，所选用的钎料为粉状HBNi82CrSiB，故钎焊温度为1035℃，并保温5～8min，时间过长易引起蜂窝芯格熔蚀。
实施例三
本实施例是一种厚度为1mm的弧形板片蜂窝真空钎焊变形的方法，其具体过程包括以下步骤：
步骤1，表面喷丸。
采用常规的工艺方法对板片的外圆弧表面进行喷丸处理。喷丸时对所述的板片的外圆弧表面全部喷丸，喷丸强度为0.12A。
步骤2，打磨清洗。
用砂纸或钢丝轮对板片的内圆表面进行打磨，去除板片表面的氧化皮，直至露出金属光泽。本实施例中，采用砂纸对板片的内圆表面进行打磨。
步骤3，装配定位。
将板片装入定位装置上，并通过储能点焊定位的方法将蜂窝装配定位到板片1上。装配定位的具体过程是，先将板片插入定位装置下底板的宽槽内，再将蜂窝件2放到板片上表面，拧紧导杆5，通过隔板7将蜂窝件2夹紧。通过位于板片1上方的压板4对置于板片上表面的蜂窝件2长度方向的两侧侧边进行压缩，使所述蜂窝件2的两侧侧边与板片边缘的间距满足定位要求。通过储能点焊的方法将蜂窝件2与板片1之间固定，实现板片与蜂窝件的装配定位。在通过储能点焊固定蜂窝件2与板片1时，储能点焊的电极压力为8～12kg,脉冲能量为220～240J。定位焊时对整个蜂窝面都进行定位，并且相邻的焊点重叠的面积为20％-30％。
储能点焊定位后松开导杆5，通过弹簧6将压板4顶出。
本实施例所使用的定位装置与实施例1中所使用的定位装置相同。
步骤4，填加钎料。根据设计要求向板片蜂窝芯格内放置钎料。本实施例中，所述的钎料为粉状HBNi82CrSiB。在向板片蜂窝芯格内放置钎料时，所述钎料的用量为每600～800mm2的蜂窝芯格用1～1.5g钎料粉。本实施例中，所述钎料的用量为每650mm2的蜂窝芯格用1g钎料粉。
步骤5，装夹钎焊夹具。将放置好粉状钎料的板片蜂窝组件装夹到钎焊夹具上，并将弓形夹加紧。所述装夹钎焊夹具的具体过程是，将板片蜂窝组件放置在钎焊夹具的型面块12的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块12的凹弧形表面贴合。将弧形压板13置于板片蜂窝组件的上表面。旋紧弓形夹11，将弧形压板13与板片蜂窝组件固紧。
本实施例所使用的钎焊夹具与实施例1中所使用的钎焊夹具相同。
步骤6，真空钎焊。将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝组件放入真空钎焊炉中，并采用常规方法对板片蜂窝组件进行真空钎焊。钎焊时，根据板片蜂窝所使用牌号钎料的液相线，按照常规方法选择对应的钎焊温度，钎焊温度高于钎料液相线30℃～100℃。本实施例中，所选用的钎料为粉状HBNi82CrSiB，故钎焊温度为1035℃，并保温5～8min，时间过长易引起蜂窝芯格熔蚀。
Claims (3)
1.一种控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，表面喷丸；
喷丸时对所述的板片的外圆弧表面全部喷丸，喷丸强度为0.08～0.12A；
步骤2，打磨清洗；
对板片的内圆表面进行打磨至露出金属光泽；
步骤3，装配定位；
将板片装入定位装置上，并通过储能点焊定位的方法将蜂窝装配定位到板片上；在通过储能点焊固定蜂窝件与板片时，储能点焊的电极压力为8～12kg，脉冲能量为180～240J；定位焊时对整个蜂窝面都进行定位，并且相邻的焊点重叠的面积为20％-30％；
步骤4，填加钎料；根据设计要求向板片蜂窝芯格内放置钎料；在向板片蜂窝芯格内放置钎料时，所述钎料的用量为每600～800mm2的蜂窝芯格用1～1.5g钎料粉；步骤5，装夹钎焊夹具；将放置好粉状钎料的板片蜂窝件装夹到钎焊夹具上，并将弓形夹加紧；
步骤6，真空钎焊；将装夹在钎焊夹具上的板片蜂窝件放入真空钎焊炉中，并采用常规方法对板片蜂窝件进行真空钎焊；钎焊时，根据板片蜂窝所使用牌号钎料的液相线，按照常规方法选择对应的钎焊温度，钎焊温度高于钎料液相线30℃～100℃，并保温5～8min。
2.如权利要求1所述控制板片蜂窝真空钎焊变形的方法，其特征在于，所述定位装置的定位螺钉位于底座两端的端面，并且该定位螺钉的安装孔的位置与导杆过孔对应；定位螺钉的安装孔的中心线垂直与导杆过孔的中心线。
3.一种用于权利要求1所述控制板片蜂窝真空钎焊变形的钎焊夹具，其特征在于，包括型面块、弧形压板和弓形夹；所述型面块的上表面为凹弧面，该凹弧面的半径与零件的半径相同；型面块的下表面为阶梯状，在该型面块下表面一侧向里凹进去，所凹进去的空间用于安装弓形夹；使用时，将板片蜂窝组件放置在型面块的上表面，并使板片蜂窝组件的外圆弧表面与型面块的凹弧形表面贴合；将弧形压板置于板片蜂窝组件的上表面；旋紧弓形夹，将弧形压板与板片蜂窝组件固紧。
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