CN106984878A - 一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法，其包括：（1）管路接头褪除工艺；(2)、管路接头的清理工艺，分为酸碱电化学清洗钎料和表面喷沙清理氧化皮两个工艺步骤；（3）、焊料放置，钎料保护剂的涂覆：(4)、管路接头的安装、定位和间隙控制：（5）、钎焊加热工艺控制（6）、管件接头焊后处。钎焊连接是发动机管接头更换修理的必须项目，本发明采用的是AMS2664高温银钎焊工艺，由于管接头工作参数、工艺稳定性、空间定位等要求极高，目前该技术由国外的GE、普惠、罗罗等OEM公司掌握，在国内属于技术空白。

Description

一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法

技术领域

本发明涉及一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法。

背景技术

从19世纪90年代起，美国通用公司开始研究飞机发动机管路接头的钎焊技术，用除了黄铜以外的其他几乎所有材料作为钎料，对飞机发动机管路接头做钎焊处理，最后得出结论，银钎料焊接效果最佳，GE公司从十九世纪九十年代末开始推行飞机发动机管路接头银钎焊技术。这一技术的应用使得发动机管路可以多次再生使用。二十世纪初，西方发达国家的飞机发动机制造商OEM普遍采取钎焊技术处理飞机发动机管路焊接。发达国家飞机发动机制造商OEM、维修商MRO也在二十世纪初开始推广使用钎焊工艺。

我国从20世纪初也开始探索将先进的钎焊技术运用在航天器部件的制造上 ,例如采用银钎焊技术焊接飞机发动机滑油管管路接头，运用铬钎焊技术焊接运载火箭发动机的推力室和涡轮转子、人造卫星的钛导管、姿控发动机喷注器和波导器件、载人飞船的反射器、导管和蜂窝壁板、航天飞机的主发动机喷管和预燃室以及空间站的管路系统等。2011年，中国民航大学联合北京飞机维修工程公司、江苏丰信不锈钢制造有限公司，组成了飞机发动机零部件再制造研发工作室，研发飞机发动机零部件再生制造技术，首先攻克了飞机发动机滑油管管路银钎焊技术，使无数从退役的飞机发动机上拆解下来闲置准备报废的滑油管通过银钎焊得到再生使用，节约了大量的资源，创造出可观的社会财富。

研发飞机发动机滑油管银钎焊技术，其目的在于把钎焊这种先进的焊接工艺运用到飞机发动机滑油管再制造中，采用低熔点钎料做高端焊接，当飞机发动机滑油管管路接头出现磨损需要更换是，通过加温，融化焊接的管路接头，更新新的管路接头，从而使材料高端、制造工艺特殊、价格昂贵的飞机发动机滑油管能够投入再生使用。

随着管路接头的钎焊技术在飞机发动机滑油管再生制造中的应用推广,不仅有效地降低了飞机制造企业的劳动成本,为企业在市场竞争中赢得优势,同时还能够获得非常可观的经济效果,促进航空业实现可持续发展。因此，研究攻克钎焊工艺技术在飞机发动机焊接制造中的应用,具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法，其包括：

（1）管路接头褪除工艺：利用感应加热工艺进行褪除，温度不高于1037.8摄氏度（摄氏，下同），加热到适当温度后，采用适当的助力，利用拖曳和扭转的方法退除受损接头。

关键技术：由于上述参数的选定对接头的退除难易以及后续的清理工艺影响很大，所以要根据退除的情况和钎焊接头清洗的效果确定相关最佳的参数范围：最佳退除范围950~1000摄氏度；最佳保温时间8~15s是；最佳加热时间20s；

(2)、管路接头的清理工艺，分为酸碱电化学清洗钎料和表面喷沙清理氧化皮两个工艺步骤：

电化清洗的关键技术：确定科学的清洗液成分含量；确定科学的电解参数；确定最佳酸洗时间；使用特殊的化学清洗设备；

表面喷沙处理主要是利用玻璃微珠进行喷沙处理氧化膜，关键技术是最佳喷沙参数的确定和喷撒过程中污染的避免；

（3）、焊料放置，钎料保护剂的涂覆：钎料的放置形式；钎料的价值量；钎剂的涂覆方式以及过程中的污染防护。

(4)、管路接头的安装、定位和间隙控制：技术关键是管路和接头定位控制；管路与感应线圈的相对定位定置的控制和加热部位的定位控制；

（5）、钎焊加热工艺控制

银基钎料的融化温度确定和感应钎焊温度的确定，钎焊保温时间的确定；钎焊接头间隙的确定；钎焊加热时间的确定；感应线圈直径的确定；搭接长摄氏度的控制；

（6）、管件接头焊后处理：氧化色去除工艺及参数酸洗钝化处理参数和喷沙参数的确定。

本发明所达到的有益效果是：

钎焊连接是发动机管接头更换修理的必须项目，本发明采用的是AMS2664高温银钎焊工艺，由于管接头工作参数、工艺稳定性、空间定位等要求极高，目前该技术由国外的GE、普惠、罗罗等OEM公司掌握，在国内属于技术空白。

本发明的管路组件的精确定位及控制，普惠标准工艺70-42-03 REPAIR-03要求将组件固持，使得零件在钎焊后处于正确的对准位置，即在高温银钎焊过程中，需要保证管接头、管路及感应线圈始终不偏离中心轴线。

为了对管件与接头进行精确定位控制，设计钎焊定位工装，该工装可以保证接头与管路相对位置的定位，并且在钎焊过程中保证管路不偏离中心轴线；为了解决管件与感应线圈的相对位置定位的控制，设计两轴行走机构，可以使钎焊的工装分别沿X轴和Y轴移动，保证了管路处于感应线圈的中心位置；设计可以上下移动的升降机构，解决加热部位与线圈的相对位置定位问题。

本发明普惠标准工艺70-42-03 REPAIR-03要求，凹形焊脚长摄氏度不得长于不锈钢管壁厚的3.5倍，或者不得长于1.91mm 。焊脚的铺展形态主要受到钎焊温度、保温时间和降温速率等因素的影响，项目组通过设计大量的验证试验，探索凹形焊脚的成型及控制规律。

本发明中管件与接头的单面最小间隙为0.025mm，透照厚摄氏度为6mm左右，要求X射线检测的相对灵敏摄氏度为0.42%，该灵敏摄氏度要求为GB3323中规定的高灵敏摄氏度检测技术B级灵敏摄氏度（1.67%）的3.97倍。通过分析钎焊管件和钎料元素在X射线透照过程中的衰减系数，找到提高检测灵敏摄氏度的理论依据，并通过大量的验证实验最终确定焦距、管电压、曝光参数等透照参数，保证X射线检测照片有无焊料铺展区域清晰可辨，满足普惠标准的评判要求。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法，其包括：

（1）管路接头褪除工艺：利用感应加热工艺进行褪除，温度不高于1037.8摄氏度（摄氏，下同），加热到适当温度后，采用适当的助力，利用拖曳和扭转的方法退除受损接头。

关键技术：由于上述参数的选定对接头的退除难易以及后续的清理工艺影响很大，所以要根据退除的情况和钎焊接头清洗的效果确定相关最佳的参数范围：最佳退除范围950~1000摄氏度；最佳保温时间8~15s是；最佳加热时间20s；

(2)、管路接头的清理工艺，分为酸碱电化学清洗钎料和表面喷沙清理氧化皮两个工艺步骤：

电化清洗的关键技术：确定科学的清洗液成分含量；确定科学的电解参数；确定最佳酸洗时间；使用特殊的化学清洗设备；

表面喷沙处理主要是利用玻璃微珠进行喷沙处理氧化膜，关键技术是最佳喷沙参数的确定和喷撒过程中污染的避免；

（3）、焊料放置，钎料保护剂的涂覆：钎料的放置形式；钎料的价值量；钎剂的涂覆方式以及过程中的污染防护。

(4)、管路接头的安装、定位和间隙控制：技术关键是管路和接头定位控制；管路与感应线圈的相对定位定置的控制和加热部位的定位控制；

（5）、钎焊加热工艺控制

银基钎料的融化温度确定和感应钎焊温度的确定，钎焊保温时间的确定；钎焊接头间隙的确定；钎焊加热时间的确定；感应线圈直径的确定；搭接长摄氏度的控制；

（6）、管件接头焊后处理：氧化色去除工艺及参数酸洗钝化处理参数和喷沙参数的确定。

钎焊连接是发动机管接头更换修理的必须项目，本发明采用的是AMS2664高温银钎焊工艺，由于管接头工作参数、工艺稳定性、空间定位等要求极高，目前该技术由国外的GE、普惠、罗罗等OEM公司掌握，在国内属于技术空白。

本发明的管路组件的精确定位及控制，普惠标准工艺70-42-03 REPAIR-03要求将组件固持，使得零件在钎焊后处于正确的对准位置，即在高温银钎焊过程中，需要保证管接头、管路及感应线圈始终不偏离中心轴线。

为了对管件与接头进行精确定位控制，设计钎焊定位工装，该工装可以保证接头与管路相对位置的定位，并且在钎焊过程中保证管路不偏离中心轴线；为了解决管件与感应线圈的相对位置定位的控制，设计两轴行走机构，可以使钎焊的工装分别沿X轴和Y轴移动，保证了管路处于感应线圈的中心位置；设计可以上下移动的升降机构，解决加热部位与线圈的相对位置定位问题。

本发明普惠标准工艺70-42-03 REPAIR-03要求，凹形焊脚长摄氏度不得长于不锈钢管壁厚的3.5倍，或者不得长于1.91mm 。焊脚的铺展形态主要受到钎焊温度、保温时间和降温速率等因素的影响，项目组通过设计大量的验证试验，探索凹形焊脚的成型及控制规律。

本发明中管件与接头的单面最小间隙为0.025mm，透照厚摄氏度为6mm左右，要求X射线检测的相对灵敏摄氏度为0.42%，该灵敏摄氏度要求为GB3323中规定的高灵敏摄氏度检测技术B级灵敏摄氏度（1.67%）的3.97倍。通过分析钎焊管件和钎料元素在X射线透照过程中的衰减系数，找到提高检测灵敏摄氏度的理论依据，并通过大量的验证实验最终确定焦距、管电压、曝光参数等透照参数，保证X射线检测照片有无焊料铺展区域清晰可辨，满足普惠标准的评判要求。

试验方法、技术路线以及工艺流程：

1、研究试验方法：

1）通过优化试验确定了电化学清洗液成分含量和电解参数；

2）通过对比不同酸洗时间的清洗效果确定了对管件接头最佳的酸洗时间为6个小时；

3）通过HH-S11-2电解恒温水浴锅来达到清洗温度为75ºC的参数要求，电解恒温水浴；

4）通过SWD-II型双路稳流稳压电源来达到电流的调节要求，稳流稳压电源；

5）专门进行了喷砂的工艺优化实验获得了喷砂角度、喷嘴及工件的距离、喷砂压力的最佳参数；

5）针对实验要求专门设计了一套独立的玻璃微珠喷砂和收集系统，避免与普通喷砂材料混合造成的交叉污染，并且有效的实现了玻璃微珠的循环使用；

6）钎料做成环状进行放置，尽可能地将足够的填料金属装进或预置在钎接处的一端，使得完全填满钎接处。

7）分别施加不同个数的钎料环进行工艺实验，优化钎料环加置量；

8）焊剂要将表面完全覆盖。钎剂在涂覆工件时也尽量使钎料的表面覆盖上，避免钎料在加热中与空气接触造成氧化而影响实验结果；

9）将干净的零件保护起来以防止灰尘或其他污染物。如果在钎焊前装置时接触零件，工具或钎焊材料要戴上干净的手套。

10）为了对管路与接头进行定位控制，专门设计了钎焊定位工装，该工装可以保证接头与管路相对位置的定位，并且在钎焊过程中保证管路不偏离中心轴线

11）为了解决管路与感应线圈的相对位置定位的控制，设计了两轴行走机构，可以使钎焊的工装分别沿X轴和Y轴移动，保证了管路处于感应线圈的中心位置。

12）设计了可以上下移动的升降机构，解决了加热部位与线圈的相对位置定位问题

13）当温度较低为780ºC时，焊缝金相照片中可以明显看到有未焊透的情况，这是因为温度过低，钎料未能充分熔化，导致钎料的粘度大，流动性差，液态钎料在有限的时间内不能充分的填满全部焊缝。

14）970ºC无焊脚，而且存在明显的气孔和未焊透的情况，这是因为温度过高导致钎料粘度太低引起钎料流失所致，另一方面温度过高势必加重母材氧化，导致液态钎料在其钎焊表面的润湿性下降。

15）钎焊温度升至850ºC时，焊缝明显规整起来，焊缝中无气孔夹杂等缺陷，这是因为随着钎焊温度的升高，液态钎料的表面张力和液态钎料与母材的界面张力都呈线性下降，从而是液态钎料的流动性、润湿性显著增强，其结果加快了液态钎料在缝隙中的铺展过程，因此，提高钎焊温度有助于提高钎料的铺展。

16）间隙过小，钎缝中存在明显的气孔，夹杂以及未钎透现象。其搭接间隙为0.03mm，可以看到明显的夹杂和气孔现象，这是因为过小的间隙使用间隙内的气体和残渣难以顺利排除。而且因为间隙过小，明显影响到钎料继续向下的铺展性，导致出现未钎透现象。另外，间隙过小，会使母材对钎缝合金层的机械约束作用增大，影响接头强度。

17）间隙为0.07mm时该间隙不仅保证了钎料的充分铺展，填满间隙，而且保证了钎剂作用的充分发挥，可以看出该焊缝无夹杂、气孔及未焊透现象，与母材结合紧密均匀。

18）由于间隙过大，导致钎缝存在明显的未钎透情况，这是因为间隙过大，破坏了钎料的毛细作用，严重影响到了钎料的铺展。而且间隙过大会导致钎料大量流出影响钎焊接头的外部尺寸精度。间隙过大会使装配难度明显提高，而且容易出现内外金属管明显不同心的现象，在钎缝较小的一侧，一般不会出现明显缺陷；而钎缝较大的一侧，出现了较大的气孔。这是因为间隙大的一侧外表面钎料容易发生塌陷现象，而内表面则相应容易发生钎料流出现象；

19）当加热时间为40s会导致钎料未完全熔化，钎料与母材不能很好的结合在一起，毛细作用不明显等情况出现，同时也会出现未焊透的情况，由于加热速度较快，时间较短，组织晶粒没有出现长大现象，从外观看，钎料还未完全熔化，在焊脚处形成堆积。控制加热时间实际上是控制加热速度。加热速度本身对钎焊接头的质量也有一定的影响。加热速度过快，常常导致钎料熔化不足，也必然导致相变电升高，进一步提高了钎焊温度，从而导致一系列其他质量问题。

20）当加热时间为80s时有未焊透的地方出现，这是由于加热时间长，钎料还未来得及冷却并与母材结合在一起就又流向了焊缝的另外一处，这也是钎料大量流出的原因之一。此外，加热速度慢，达到钎焊温度所需的时间长，一方面延长了高温停留时间，导致接头氧化加剧，降低接头质量，另一方面降低了钎焊效率。

21）当加热时间为60s时，钎料与母材结合良好，焊缝宽度比较均匀，不会出现较明显的气孔或夹渣，这是由于加热时间充足，让钎料能充分熔化。

22）当保温时间为10s时，这是由于钎剂还没有充分的熔化，通过金相观察发现焊缝中有气孔存在，这是由于保温时间过短，钎料和母材不能很好的反应或是不能很好的结合在一起以及钎剂还没能完全铺展开，导致焊缝部分区域出现气孔现象。

23）保温时间为60s时，其组织晶粒有所长大，同时也会产生气孔。这好似由于钎料没有及时冷却与母材结合在一起。焊缝或部分母材中会出现裂纹，这是因为使焊件在高温点保温时间太长，引发裂纹缺陷。

24）保温时间为20s时，钎料和母材能更好的反应、结合在一起。焊缝宽度比较均匀，不会出现明显的气孔或夹渣，这是由于保温时间充足，使钎料充分熔化并融入焊缝中，晶粒组织没有长大，这表明保温时间合适。综合以上分析，最佳钎焊保温时间范围10-20s；

25）感应线圈直径的影响感应线圈通常采用直径为5mm的圆通管制成。感应圈可以采用圆圈式及开口叉型两种。圆圈式感应线圈的优点是可使焊接部位加热均匀度好，缺点是如果焊接件首尾封闭，焊接线圈无法进出；开口叉型优点是操作不受限制，缺点是只加热焊件的两侧，根据所焊件的实际情况，本实验选用圆圈式感应线圈；

26）线圈直径对加热行为也有一定的影响，线圈直径偏小时，加热速度快，加热温度很难精确控制，线圈直径偏大时，热效率低。综合实验对比，最佳线圈规格为Φ42mm此感应钎焊的工艺条件是在实验室现有实验条件下，经过反复感应钎焊实验优选出来的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种飞机发动机滑油管管路银钎焊方法，其特征在于，包括：

（1）管路接头褪除工艺：利用感应加热工艺进行褪除，温度不高于1037.8摄氏度，加热到适当温度后，采用适当的助力，利用拖曳和扭转的方法退除受损接头；退除范围950~1000摄氏度；保温时间8~15s是；加热时间20s；

(2)、管路接头的清理工艺，分为酸碱电化学清洗钎料和表面喷沙清理氧化皮两个工艺步骤：

电化清洗的关键技术：确定科学的清洗液成分含量；确定科学的电解参数；确定最佳酸洗时间；使用特殊的化学清洗设备；

表面喷沙处理主要是利用玻璃微珠进行喷沙处理氧化膜，关键技术是最佳喷沙参数的确定和喷撒过程中污染的避免；

（3）、焊料放置，钎料保护剂的涂覆：钎料的放置形式；钎料的价值量；钎剂的涂覆方式以及过程中的污染防护；

(4)、管路接头的安装、定位和间隙控制：技术关键是管路和接头定位控制；管路与感应线圈的相对定位定置的控制和加热部位的定位控制；

（5）、钎焊加热工艺控制

银基钎料的融化温度确定和感应钎焊温度的确定，钎焊保温时间的确定；钎焊接头间隙的确定；钎焊加热时间的确定；感应线圈直径的确定；搭接长摄氏度的控制；

（6）、管件接头焊后处理：氧化色去除工艺及参数酸洗钝化处理参数和喷沙参数的确定。