CN104057201A - 柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法 - Google Patents

柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，按下述步骤进行：①将待焊件尺寸进行前处理；②再依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将转子钢基体、铜棒和转子端面铜板进行装配；④通过轴向加压将装配后的转子焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接。本发明使得转子通过常规的扩散焊接也能得到满足使用要求的焊接接头，且可规避焊接变形所带来的问题。

Description

柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法
技术领域
本发明涉及一种异种材料的扩散焊接，特别是一种柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法。
背景技术
扩散焊接技术出现于上世纪60年代初，随着我国航空技术的发展，该技术90年代初至今在我公司柱塞液压泵/马达某些双合金结构的零件上也得到了应用，其中柱塞液压泵/马达转子双合金结构采用扩散焊接的应用较晚，于2005年才采用热等静压扩散焊接工艺技术来进行焊接的。众所周知，固态扩散焊是在适当的温度和压力作用下，借助材料表面局部变形使接触面之间紧贴从而实现材料的原子间结合，形成整体接头的一种焊接方法。热等静压扩散焊是基于扩散焊接基本理论的一种焊接手段，它不同于一般的扩散焊接是以气体作为压力介质，由于它用气体作为压力介质，在焊件所有表面可实现压力均等的加压特质，可使得转子不存在影响加工精度的焊接变形。常规扩散焊是在真空炉内进行的，一般是单一方向加压，即单轴加压。常规扩散焊的单轴加压通常是针对平板件，在焊接过程中能保证焊接面的焊接压力均等，而对于缸体柱塞孔这样的圆筒形焊接面来说，单轴加压造成焊接试件变形(体现在因轴向加压和材料热膨胀导致的零件径向和轴向尺寸的变化)，就转子常规扩散焊而言，其焊接变形会导致转子所加工的柱塞孔铜壁的厚度偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法。本发明使得转子通过常规的扩散焊接也能得到满足使用要求的焊接接头，且可规避焊接变形所带来的问题。
本发明的技术方案：柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，按下述步骤进行：
①将待焊件尺寸进行前处理；
②再依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；
③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将转子钢基体、铜棒和转子端面铜板进行装配；
④通过轴向加压将装配后的转子焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述步骤①具体为：铜棒表面与转子钢基体的转子孔表面的粗糙度为0.8um；转子孔的孔壁与孔底之间具有倒角R1，铜棒的端部具有倒角R2，且R1-50％R1≦R2≦R1。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述转子孔的分度圆进行焊接变形量尺寸补偿方式来达到消除焊接过程中产生的焊接变形所带来的后续加工尺寸精度不能得到保证的问题。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述步骤②具体为：将转子钢基体孔朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在15％的盐酸溶液中酸洗处理，处理后进行超声波处理，再依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干；将铜棒和转子端面铜板在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在20％的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15％盐酸溶液中酸洗处理，最后依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述的步骤③具体为：采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于转子钢基体的转子孔深，另一边大于转子孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入转子孔中，用木棒在转子孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与转子孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，最后在转子钢基体的底部铺设一层镍箔后装配转子端面铜板。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述的步骤④具体为：通过上、下压轴进行轴向加压固定装配后的转子焊接组件，上、下压轴保持同轴，再放入焊接炉膛中进行扩散焊接。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830℃，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后超声2分钟吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。
前述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法中，所述铜棒在转子钢基体的转子孔中的热膨胀间隙为0.01～0.02mm，铜棒的长度大于转子孔的深度，其在轴向加压时铜棒有余量来形成一个棒孔缝隙填充效果，该余量的体积等同于配合缝隙体积。
与现有技术相比，本发明将待焊件焊前处理后进行除油除锈处理，还采用纯镍箔作为焊接过渡层材料，最后用双向轴向施压方法进行在炉膛内常规扩散焊接，能够100％获得理想的焊面状态，本发明通过拉伸试验测试接头强度大于300兆帕，柱塞孔铜套剪切强度大于100兆帕；超声波检测焊接缺陷当量。本发明通过对某型既定尺寸的转子毛坯进行扩散焊接，焊后计量检测其九孔所在分度圆尺寸R1与焊前九孔分度圆尺寸R2的差值。转子在该方法下的扩散焊接，九孔分度圆的尺寸焊后都是增大的，且对同型转子而言，分度圆焊接前后的差值是相同，设为r。只需将该型转子毛坯加工工艺中九孔分度圆的尺寸设计为R2－r，即可解决焊接变形带来的后续转子尺寸加工精度不能得到保证的问题；通过铜棒余量设计来形成一个棒孔缝隙填充效果，提高焊接质量稳定性。本发明还通过铜棒有余量来形成一个棒孔缝隙填充效果，提高装配效果。总之，本发明通过焊面焊前处理、铜棒余量补偿、镍箔添加校正配合偏差等方法，使得孔、棒之间焊接挤压力满足焊接需求，实现了孔、棒这一复杂焊接结构在该类真空扩散焊接设备上的生产应用，并拓宽了业内常规扩散焊在复杂结构件上的应用思路。
附图说明
图1是本发明的焊件装配图；
图2是本发明焊接示意图；
图3是本发明的棒孔孔底配合简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，按下述步骤进行：
①将待焊件尺寸进行前处理；
②再依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；
③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将转子钢基体、铜棒和转子端面铜板进行装配；
④通过轴向加压将装配后的转子焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接。
较优的是，所述步骤①具体为：铜棒表面与转子钢基体的转子孔表面的粗糙度为0.8um；转子孔的孔壁与孔底之间具有倒角R1，铜棒的端部具有倒角R2，且R1-50％R1≦R2≦R1。所述转子孔的分度圆进行焊接变形量尺寸补偿方式来达到消除焊接过程中产生的焊接变形所带来的后续加工尺寸精度不能得到保证的问题。
所述步骤②具体为：将转子钢基体孔(转子钢基体的转子孔)朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在15％的盐酸溶液中酸洗处理，处理后进行超声波处理，再依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干；将铜棒和转子端面铜板在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在20％的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15％盐酸溶液中酸洗处理，最后依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干。如图1所示，所述的步骤③具体为：采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于转子钢基体的转子孔深，另一边大于转子孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入转子孔中，用木棒在转子孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与转子孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，最后在转子钢基体的底部铺设一层镍箔后装配转子端面铜板。如图2所示，所述的步骤④具体为：通过上、下压轴进行轴向加压固定装配后的转子焊接组件，上、下压轴保持同轴，再放入焊接炉膛中进行扩散焊接；所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830℃，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。
所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后超声2分钟吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。
更优的是，所述铜棒在转子钢基体的转子孔中的热膨胀间隙为0.01～0.02mm，铜棒的长度略大于转子孔的深度，其在轴向加压时铜棒有余量来形成一个棒孔缝隙填充效果，该余量的体积等同于配合缝隙体积。
本发明还可将待焊件进行尺寸优化处理，具体为：铜棒表面与转子孔表面的粗糙度机加要求不能过高，定为0.8um即可。原因有两点：其一，表面粗糙度要求过高机加难度大；其二，适宜的扩散焊接压力，在一定程度上与焊面粗糙度的大小有关，而转子孔棒焊接压力主要是通过材料热膨胀差异实现，在既定尺寸和既定焊接过程中焊接压力的大小实际上不可调节，故通过调节焊面粗糙，能使得孔棒热膨胀产生的焊接挤压满足焊接需求。
图3是本发明的棒孔在孔底的配合简图。在转子孔的实际加工中，孔壁与孔底之间存在一定的倒角R1，那么与之配和的铜棒一端也需加工一个倒角R2，且R1-50％R1≦R2≦R1。该外形尺寸设计可保证在焊接时铜棒与孔底紧密贴合，保证孔面底端的焊接接头质量。铜棒与孔底端不贴合，形成一个密封气体的小空间，会造成孔面端部焊接质量得不到保证。
为保证转子扩散焊接质量，本发明铜棒的外形尺寸设计依据为转子钢基体孔的设计尺寸。铜棒直径尺寸的设计原则为：在不影响镍箔添加和铜棒旋入孔的情况下，应尽量使得焊接装配后铜棒与孔之间的间隙越小越好。如在铜棒半径r1确定的条件下，铜棒长度L的尺寸设计原则为：使得铜棒的体积等于转子孔的空间体积。计算公式如下：
L＝H(r2/r1)2
其中r2为孔的半径，r1为铜棒的半径，H为孔深。铜棒余高端，倒一圆角，目的是使得在加载初始时压力能更好的在铜棒基体中传导，有利于铜棒径向变形均匀。
本发明为进一步解决焊接变形问题时，还可在转子毛坯生产时，基于焊接变形带来的分度圆变化值对转子孔分度圆的加工直径作一个调整。如某型双合金结构转子孔分度圆设计尺寸为R，当提供的待焊转子钢基体孔分度圆直径也为R时，通过轴向加载设备进行转子试件扩散焊接，焊后钢基体孔分度圆不可避免的要产生一个因变形而带来的偏差，使得分度圆直径增大r，该r值可通过对焊接前后孔的分度圆直径进行计量得到。若焊前提供转子孔所在分度圆直径设计为R-r，由于轴向加载焊接使得转子孔分度圆直径增大约r，从而使得焊后转子孔所在分度圆的直径数值约为R，最终使得轴向加载获得的转子焊接件孔的分度圆直径满足设计要求。

Claims (9)

1.柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，按下述步骤进行：
①将待焊件尺寸进行前处理；
②再依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；
③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将转子钢基体、铜棒和转子端面铜板进行装配；
④通过轴向加压将装配后的转子焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接。
2.根据权利要求1所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，所述步骤①为：铜棒表面与转子钢基体的转子孔表面的粗糙度为0.8um；转子孔的孔壁与孔底之间具有倒角R1，铜棒的端部具有倒角R2，且R1-50％R1≦R2≦R1。
3.根据权利要求2所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，所述转子孔的分度圆进行焊接变形量尺寸补偿方式来达到消除焊接过程中产生的焊接变形所带来的后续加工尺寸精度不能得到保证的问题。
4.根据权利要求1所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，所述步骤②为：将转子钢基体孔朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在15％的盐酸溶液中酸洗处理，处理后进行超声波处理，再依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干；将铜棒和转子端面铜板在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将转子钢基体用吹风机吹干，再在20％的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15％盐酸溶液中酸洗处理，最后依次进行超声波处理、用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声1分钟、吹干。
5.根据权利要求1所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，所述的步骤③为：采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于转子钢基体的转子孔深，另一边大于转子孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入转子孔中，用木棒在转子孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与转子孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，最后在转子钢基体的底部铺设一层镍箔后装配转子端面铜板。
6.根据权利要求1所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于，所述的步骤④为：通过上、下压轴进行轴向加压固定装配后的转子焊接组件，上、下压轴保持同轴，再放入焊接炉膛中进行扩散焊接。
7.根据权利要求6所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于：所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830℃，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。
8.根据权利要求1所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于：所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后超声2分钟吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。
9.根据权利要求1-8任一权利要求所述的柱塞液压泵马达转子双合金结构扩散焊接方法，其特征在于：所述铜棒在转子钢基体的转子孔中的热膨胀间隙为0.01～0.02mm，铜棒的长度大于转子孔的深度，其在轴向加压时铜棒有余量来形成一个棒孔缝隙填充效果，该余量的体积等同于配合缝隙体积。
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