CN107984162A - 一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法及结构 - Google Patents

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汪宇羿
宋鹏
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Abstract

本发明提出一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法及结构，需进气处的板坯在进气位置预留进气加工部位，板坯组合后，整体采用电子束焊进行封焊，在进气加工部位加工微细孔作为超塑成形/扩散连接的进气通道。本发明采用预留板坯进行微细孔加工，代替进气管，取缔了进气管与板坯对焊处的漏气现象，使得合格率得到大幅提高。

Description

一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法及结构
技术领域
本发明涉及一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法及结构，属于超塑成形/扩散连接技术领域。
背景技术
20世纪70年代，美国洛克威尔公司首先将超塑成形(Superpla stic Forming，简称SPF)与扩散连接(Diffusion bonding，简称DB)相结合，形成了超塑成形/扩散连接组合技术(SPF/DB)。该技术利用材料在一定温度和压力下的超塑性和固态扩散的能力，从而在一个热循环中完成构件的成形和内部结构的焊接。而要实现钛合金多层结构(≥3层)SPF/DB的工艺前提是必须具备一个带有进气管的密封板坯腔体。
在传统的钛合金多层结构(≥3层)SPF/DB的工序准备中，板坯如图2所示，封口焊方式如图1所示，采用电子束焊对板坯周边进行封焊，采用手工氩弧焊对板坯与进气管进行封焊，但由于手工氩弧焊对操作者的技术水平要求较高，在实际使用中板坯气密性质量较不稳定，经常需要返工补焊甚至导致产品报废。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种提高气密性、合格率和生产效率的超塑成形/扩散连接封焊方法及结构。
本发明的技术解决方案：一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法，需进气处的板坯在进气位置预留进气加工部位，所述的进气加工部位的宽度t＝x(a+b)，长度l＝y(a+b)，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度，x为4～6，y为6～8，板坯组合后，整体采用电子束焊进行封焊，在进气加工部位加工微细孔作为超塑成形/扩散连接的进气通道，所述的微细孔的孔径d＝z(a+b)，z为0.4～0.6。
非进气处的板坯设计与现有的板坯设计方式一致，为本领域公知技术，
本发明通过预留的进气加工部位的尺寸设计，在满足了超塑成形/扩散连接工艺的基础上，能够保证后续微细孔加工的稳定进行，且兼顾成本；而微细孔孔径的尺寸设计在能保证进气功能的同时，能保证足够的加工余量，具备较好的工艺性。
具体步骤如下：
第一步，根据产品形状及进气形式设计非进气处的板坯；
根据产品的外形轮廓和进气形式设计非进气处的板坯(包括封口焊加工余量)，非进气处的设计为超塑成形/扩散连接技术领域的公知技术，本领域技术人员根据产品的外形轮廓和进气形式设计。
第二步，第一步设计的非进气处的板坯的基础上，需进气处的板坯在进气位置预留进气加工部位，进气加工部位的宽度t＝x(a+b)，长度l＝y(a+b)，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度，x为4～6，y为6～8；
第三步，将第二步得到的板坯组合后，整体采用电子束焊进行封焊；
第四步，在封焊后的板坯进气加工部位处加工微细孔作为超塑成形/扩散连接的进气通道，微细孔的孔径d＝z(a+b)，z为0.4～0.6。
所述微细孔采用电火花加工方法制成。
一种用于超塑成形/扩散连接的封焊结构，包括组合的板坯和进气通道，所述的板坯在需进气位置预留进气加工部位，进气通道位于进气加工部位中心。
所述的进气加工部位的宽度t＝x(a+b)，长度l＝y(a+b)，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度，x为4～6，y为6～8。
所述的进气通道的孔径d＝z(a+b)，z为0.4～0.6，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明采用预留板坯进行微细孔加工，代替进气管，取缔了进气管与板坯对焊处的漏气现象，使得合格率得到大幅提高；
(2)本发明通过电子束结合微细孔加工的方法显著提高合格率，由之前的65％提高到95％，焊接时间也缩短到改进前的三分之一；
(3)本发明可显著提案高结构的气密性和生产效率，具有可靠的气密效果和较短的生产周期，技术、经济效益明显；
(4)本发明预留板坯和微细孔尺寸在满足超塑成形/扩散连接成型工艺的基础上，综合考虑成本及加工工艺性。
附图说明
图1为现有封焊方式；
图2为现有封焊方式组合后板坯结构示意图；
图3为本发明组合后板坯结构示意图；
图4为本发明封焊方式；
图5为图4A局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。
本发明实施例为钛合金4层结构SPF/DB的板坯封焊，采用TA15钛合金板材，板材厚度均为1.0mm。
具体步骤如下：
1、根据产品形状及进气形式设计板坯；
根据板坯的外形轮廓和进气形式设计板坯，需进气处的板坯在进气位置处预留进气加工部位。预留的进气加工部位的宽度t＝4*2＝8mm，长度l＝6*2＝12mm。
2、板坯加工及装配
按设计好形状将4层板坯进行加工、装配，如图3所示。
3、电子束封焊
根据板坯厚度选定电子束焊接工艺参数，根据设计焊接轨迹进行焊接，电子束焊的焊接速度为5～60mm/min。
4、电火花进行微细孔加工
电子束封边焊接后，采用电火花加工方法一次完成微细孔加工，其中细孔孔径为Φ1mm，如图4、5所示。
5、抽真空测试板坯气密性
板坯封焊和微细孔加工完成后，使用真空泵抽真空测试封焊板坯的气密性，真空度高于10-2Pa。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法，其特征在于：需进气处的板坯在进气位置预留进气加工部位，板坯组合后，整体采用电子束焊进行封焊，在进气加工部位加工微细孔作为超塑成形/扩散连接的进气通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法，其特征在于：所述的微细孔的孔径d＝z(a+b)，z为0.4～0.6。
3.根据权利要求1所述的一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法，其特征在于：所述的进气加工部位的宽度t＝x(a+b)，长度l＝y(a+b)，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度，x为4～6，y为6～8。
4.根据权利要求1所述的一种用于超塑成形/扩散连接的封焊方法，其特征在于：所述方法还包括非进气处的板坯设计。
5.一种用于超塑成形/扩散连接的封焊结构，其特征在于：包括组合的板坯和进气通道，所述的板坯在需进气位置预留进气加工部位，进气通道位于进气加工部位中心。
6.根据权利要求5所述的一种用于超塑成形/扩散连接的封焊结构，其特征在于：所述的进气加工部位的宽度t＝x(a+b)，长度l＝y(a+b)，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度，x为4～6，y为6～8。
7.根据权利要求5所述的一种用于超塑成形/扩散连接的封焊结构，其特征在于：所述的进气通道的孔径d＝z(a+b)，z为0.4～0.6，其中a、b分别为需进气的相邻两块板坯的厚度。
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