CN107671411A - 一种筒壁形结构的扩散连接方法 - Google Patents

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陈旭
彭赫力
刘海建
杨旭东
李中权
何光荣
袁勇
张小龙
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种筒壁形结构的扩散连接方法，包括如下步骤：将内筒壁在液氮中放置20～30min后迅速装入外筒壁中形成组合工件，然后将组合工件进行高温扩散焊接，利用零件高温时本身的变形和过盈安装产生扩散焊所需的压力，实现内外筒壁结构的扩散连接；筒壁形结构外侧筒壁内径较内侧筒壁外径大0.02～0.2％，扩散连接所需温度和时间由内外筒径差决定，外径差每增加0.01％，焊接温度可降低2～5℃，保温时间可减少1～2min，不仅简化了结构和工艺，还提高了焊接面均匀性和产品质量，可适用于柱状，锥状，梯形柱状等多种筒壁式结构的焊接条件。

Description

一种筒壁形结构的扩散连接方法
技术领域
本发明涉及一种筒壁形金属结构的扩散连接方法，属于焊接及热成形技术领域。
背景技术
带沟槽的双层筒壁形结构，如带液体冷却系统的舱体、发动机推力室、阀座等工作在高温高压大热流环境下，结构可靠性要求极高，内外层多采用扩散焊方式连接。扩散焊是一种先进的固相连接技术，可以进行内部多点、大面积构件的连接，实现熔焊方法不能实现的连接，尤其适用于筒壁形异种材料的焊接。焊接温度、压力和保温时间是扩散焊接工艺的主要参数，筒壁形结构压力一般为垂直焊接面施加。而采用垂直轴向热压方式进行内外筒壁异种材料大面积连接时，由于施加压力不均，未能形成可靠连接，容易导致通道泄露和零件失效。
采用柱面加压的方式实现沟槽式筒壁结构的真空扩散焊接，仅局限于小尺寸、同种铜材料的连接，铜的焊接比异种材料连接容易，且铜的塑韧性好，而异种材料的连接要复杂的多，两种材料巨大的物理化学性能差异，采用工装施加压力比较困难，装置复杂。对于异种材料，例如铝合金与不锈钢钢异种材料，仅靠外侧工装约束也很难实现两者的连接。因此，开发一种不仅能提高焊接工艺稳定性，还能简化内外侧筒壁形结构加压装置的扩散连接方法，对于航空航天等高新技术领域具有十分重要的意义。
发明内容
为解决上述筒壁形双层结构焊接采用钎焊或扩散焊方式时，由内部施加垂直于轴向的均匀压力增加了工装的难度和焊接工艺的不确定性等问题，本发明提供了一种筒壁形结构的扩散连接方法。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种筒壁形结构的扩散连接方法，将内筒壁在液氮中放置20～30min后迅速装入外筒壁中形成组合工件，然后将所得组合工件进行高温扩散焊接，利用零件高温时本身的变形和过盈安装产生扩散焊所需的压力，实现内外筒壁结构的扩散连接；所述筒壁形结构外侧筒壁内径较内侧筒壁外径大0.02～0.2％，扩散连接所需温度和时间由内外筒径差决定，外径差每增加0.01％，焊接温度可降低2～5℃，保温时间可减少1～2min。
优选地，所述内筒壁和外筒壁的材料可以为同种材料，也可以为异种材料。
优选地，可根据需要增加中间层，中间层厚度为0.1～0.5mm，采用点焊的方式固定于内外筒壁之间的待焊面相应位置。
优选地，所述筒壁形结构为圆柱、锥柱或梯形柱等形状。
优选地，当所述筒壁形结构的上下面直径不同时，需在筒壁形结构的上下面固定卡扣，以防止内外筒发生滑脱。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过内圈筒壁自身的膨胀获得压应力，并且应力随着温度升高逐渐增大，控制内外侧筒壁尺寸差可以获得合适的扩散焊应力，从而调整相应扩散焊参数。该方法不仅省去了内部施加的工装，简化结构和工艺、提高了效率，同时施加的垂直于轴向的应力可以更加均匀，排除因工装位置和尺寸差带来的工艺不稳定性，提高焊接面均匀性和产品质量，焊接界面的焊合情况良好，结合力强。此外该方法也适用于柱状，锥状和梯形柱状等多种内外筒壁式结构同种或异种材料的扩散连接。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图中：1-外侧筒壁；2-内侧筒壁；3-中间层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种圆柱形筒壁结构的扩散连接方法，内外结构材料都为铜合金。筒壁形结构外侧筒壁内径和内侧筒壁外径差为0.02％，内筒壁在液氮中放置20min后迅速装入外筒壁中，组合后工件进行高温扩散焊接，焊接温度较设计温度降低4℃，保温时间减少4min。
实施例2
一种锥柱形筒壁结构的扩散连接方法，内外结构材料为铜合金和铝合金。采用点焊的方式将厚度为0.1mm中间层固定于内筒壁外侧待焊面相应位置，筒壁形结构外侧筒壁内径和内侧筒壁外径差为0.05％，如图1所示，内筒壁在液氮中放置24min后迅速装入外筒壁中，在上下面固定卡扣防止内外筒发生滑脱，组合后工件进行高温扩散焊接，焊接温度较设计温度降低15℃，保温时间减少9min。
实施例3
一种梯形筒壁结构的扩散连接方法，内外结构材料为不锈钢和铝合金。采用点焊的方式将厚度为0.15mm中间层固定于内筒壁外侧待焊面相应位置，筒壁形结构外侧筒壁内径和内侧筒壁外径差为0.10％，内筒壁在液氮中放置26min后迅速装入外筒壁中，在上下面固定卡扣防止内外筒发生滑脱，组合后工件进行高温扩散焊接，焊接温度较设计温度降低30℃，保温时间减少15min。
实施例4
一种圆柱形筒壁结构的扩散连接方法，内外结构材料为铜合金和不锈钢。采用点焊的方式将厚度为0.2mm中间层固定于内筒壁外侧待焊面相应位置，筒壁形结构外侧筒壁内径和内侧筒壁外径差为0.15％，内筒壁在液氮中放置28min后迅速装入外筒壁中，在上下面固定卡扣防止内外筒发生滑脱，组合后工件进行高温扩散焊接，焊接温度较设计温度降低50℃，保温时间减少18min。
实施例5
一种圆柱形筒壁结构的扩散连接方法，内外结构材料为镍合金和铜合金。采用点焊的方式将厚度为0.25mm中间层固定于内筒壁外侧待焊面相应位置，筒壁形结构外侧筒壁内径和内侧筒壁外径差为0.2％，内筒壁在液氮中放置30min后迅速装入外筒壁中，在上下面固定卡扣防止内外筒发生滑脱，组合后工件进行高温扩散焊接，焊接温度较设计温度降低100℃，保温时间减少20min。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种筒壁形结构的扩散连接方法，其特征在于：将内筒壁在液氮中放置20～30min后迅速装入外筒壁中形成组合工件，然后将所得组合工件进行高温扩散焊接，利用零件高温时本身的变形和过盈安装产生扩散焊所需的压力，实现内外筒壁结构的扩散连接；所述筒壁形结构外侧筒壁内径较内侧筒壁外径大0.02～0.2％，扩散连接所需温度和时间由内外筒径差决定，外径差每增加0.01％，焊接温度可降低2～5℃，保温时间可减少1～2min。
2.如权利要求1所述的一种筒壁形结构的扩散连接方法，其特征在于：所述内筒壁和外筒壁的材料可以为同种材料，也可以为异种材料。
3.如权利要求1所述的一种筒壁形结构的扩散连接方法，其特征在于：可根据需要增加中间层，中间层厚度为0.1～0.25mm，采用点焊的方式固定于内筒壁外侧待焊面相应位置，此时内筒壁外径需加上中间层的厚度。
4.如权利要求1所述的一种筒壁形结构的扩散连接方法，其特征在于：所述筒壁形结构为圆柱、锥柱或梯形柱。
5.如权利要求1所述的一种筒壁形结构的扩散连接方法，其特征在于：当所述筒壁形结构的上下面直径不同时，需在筒壁形结构的上下面固定卡扣，以防止内外筒发生滑脱。
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