CN109108453A - 一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法 - Google Patents

一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法。该方法包括板件零件和模具的制备，扩散焊前处理，零件与模具装配方法，扩散焊过程控制和后期处理等步骤。本发明提出的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法是在真空高温高压条件下，使待连接表面发生微塑性变形而接触和原子互扩散以实现冶金结合，结合凹模和压模之间定位和限位作用，以及导向模的定位凹模的作用，实现目标通道结构特征，用这种方法能够保证有效连接强度，实现零件的高效连接。

Description

一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法
技术领域
本发明属于镍基高温合金加工制造领域，特别是涉及镍基高温合金内部多通道结构的高效制造及连接成形方面。
背景技术
扩散焊，是在真空高温环境中对待连接表面施加一定时长的压力，使被连接表面发生塑性变形接触后进行原子扩散而实现冶金结合的一种连接工艺；相比于钎焊的等其他焊接技术，扩散焊具有连接强度高、焊缝组织均匀、焊缝高温性能良好等优点。这项技术能实现零件的有效连接并最大限度是焊缝与母材的组织均匀和保留母材的高温性能等，该技术的应用领域在不断扩大，扩散焊产品在航空用耐高温部件的制造领域应用愈加广泛。
在制备具有大长径比结构的镍基高温合金零件时，传统的制造技术加工存在困难；采用3D打印技术可实现零件成形，但在镍基高温合金领域的粉末制备以及特殊结构的技术水要求和成本较高，且不能保证成形后通道的表面质量；而采用后期熔焊、摩擦焊、钎焊等连接方法，虽然实现镍基高温合金通道结构零件的连接，但是接头性能与母材不统一，影响构件的高温抗变形性能。这个高效扩散焊的方法可针对大长径比的通道结构及材料在长时间在高温高压条件下的变形特点，结合凹模和压模之间定位和限位作用，以及导向模的定位凹模的作用，使多套模具和零件位于加压均匀和受力平衡区域，实现目标通道结构特征，保证连接强度和控制结构变形，减少机加难度，使扩散焊高效进行。
发明内容
本发明提供的镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法，包括按顺序进行的下列步骤：
1)零件准备。根据此高温合金通道结构件的特征制备出3个通道槽板和3个平板件。
2)模具准备。根据零件形状加工出配套的3个凹模、和3个导向模和1个压模；凹模上加工出矩形的配合面和限制扩散焊位移的凹槽，凹槽四角加工出3/4圆角以便于抽真空和防止模具应力集中被破坏；套筒与凹模外径过渡配合；套筒定位相邻凹模，保证三套模具同心装配。
3)装配。将一个导向模平放，装配好对应的凹模，将一对槽板和平板配合好装进凹模中，装配第二个导向模；将第二个凹模与和第二个导向模装配好，将一对槽板和平板配合好装进凹模中，装配第三个导向模；将第三个凹模与和第三个导向模装配好，将一对槽板和平板配合好装进凹模中；装上压模，使压模与导向模配合良好。
4)入炉。装配后，将上述装配体放进真空扩散焊设备的恒温区，使模具与压头同心。
5)扩散焊。抽真空使真空度达到10-3Pa以上，升温到1150℃；加压使零件间接触面压强达到40MPa，保温保压1h，随炉冷却至室温后卸压开炉，取出半成品连接体6。
6)利用常规机械加工的方法去除余料，得到目标镍基高温合金通道结构件7。
7)根据所成形的镍基高温合金通道结构零件的材料和特征的不同，相应的模具凹槽配合形状及套筒包覆形状也不同，高温高压扩散焊的工艺参数将进行相应的调整。
8)所述步骤1中,镍基高温合金板件的材料为特种镍基合金，熔点在1300℃-1400℃槽板的通道采用铣床进行加工；与平板件的配合表面进行抛磨处理，使表面平整光滑。
9)所述步骤2中，凹模、压模和导向模的材料为高温模具钢材料，凹腔、压面的上下面采用铣床进行加工，表面进行抛磨处理，使表面平整光滑。
10)所述步骤3中，板件装配前进行超声丙酮清洗，保持零件的待连接面清洁平整；无水乙醇擦拭模具的接触面，保证凹腔和表面没有杂质，在模具与零件的接触面涂上对应的止焊剂；零件和凹模、凹模和导向模均为间隙装配，保持零件上下面平整，完成整体装配。
11)所述步骤5中，扩散焊过程中：升温之前真空度须达到10-3Pa以上，升温速率为2000℃/h，加压速率为400MPa/1h,保温保压1h；随炉冷却时间为8～12h。
12)本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法是在真空高温高压条件下，使待连接表面发生微塑性变形而接触和原子互扩散以实现冶金结合，结合凹模和压模之间定位和限位作用，以及导向模的定位凹模的作用，实现目标通道结构特征，用这种方法能够保证有效连接强度，实现零件的高效连接。
附图说明
图1为采用本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法成形零件时目标零件结构示意图，包括外轮廓和内部通道结构截面示意图。
图2为采用本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法成形零件时成形后半成品的示意图，包括外轮廓和内部通道结构截面。。
图3为采用本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法成形零件时的镍基高温合金通道结构槽板件1和平板件2的示意图。
图4为采用本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法成形零件时模具示意图，包括模具的外轮廓和内部通道结构截面示意图。
图5为采用本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法成形零件时模具装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法进行详细说明。
如图1—图5所示，本发明提供的一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据如图1镍基高温合金通道结构零件7的特征制备出如图3的槽板件1和平板件2，材料为一种镍基高温合金，平板件与槽板件进行配合，长宽和略大于槽板待连接面。
2)根据零件形状和连接条件设计加工出合理的模具如图4所示：凹模2、压模5和导向模4的材料为高温模具钢材料；凹腔、压面的上下面采用铣床进行加工，表面进行抛磨处理，使表面平整光滑；凹模上加工出3/4圆角以便于抽真空和防止模具应力集中被破坏；凹模上加工出矩形配合面和限制扩散焊位移的凹槽；套筒与凹模外径过渡配合；套筒定位相邻凹模，保证三套模具同心装配。
3)板件装配前进行超声丙酮清洗，保持零件的待连接面清洁平整；无水乙醇擦拭模具的接触面，保证内腔和表面没有杂质；在模具与零件的接触面涂上对应的止焊剂。
4)装配位置如图5所示：装配顺序为：导向模4.1-凹模3.1-槽板1.1-平板1.1-导向模4.2-凹模3.2-槽板1.2-平板2.2-导向模4.3-凹模3.3-槽板1.3-平板2.3-压模5。
如图5，将凹模3.1和导向模4.1配合好，将一对槽板和平板配合好装进凹模3.1中，装配好导向模4.2；如图将凹模3.2和导向模4.2装配好，将一对槽板和平板配合好装进凹模3.2中，装配好导向模4.3；装上凹模3.3，将一对槽板和平板配合好装进凹模3.3中；装上压模5，使压模与导向模配合良好。
5)将上述装配体放进真空扩散焊设备恒温区，使模具与压头同心，真空度达到10-3Pa以上，以2000℃/h速度升温到1100℃，在0.1h内使零件接触面压强达到40MPa，保温保压1h；随冷冷却后卸压开炉，取出如图2的半成品连接体6；降温到室温时长为8～12h。
6)利用常规机械加工的方法去除余料，得到如图1的目标镍基高温合金通道结构件7。
7)根据所成形的镍基高温合金通道结构零件的材料和特征的不同，相应的模具凹槽配合形状及套筒包覆形状也不同，高温高压扩散焊的工艺参数将进行相应的调整。

Claims (5)

1.一种镍基高温合金通道结构高效扩散焊的方法，其特征在于：所述的镍基高温合金通道结构零件通过多套模具定位和限位进行高效扩散焊而形成目标结构，包括按顺序进行的下列步骤：
1)根据镍基高温合金通道结构件(7)的特征制备出槽板件(1)和平板件(2)，平板件(2)与槽板件(1)进行配合，长宽和略大于槽板待连接面。
2)根据零件形状加工出配套模具：3个凹模，3个导向模和1个压模(5)；凹模上加工出矩形的配合面和限制扩散焊位移的凹槽，凹槽四角加工出3/4圆角以便于抽真空和防止模具应力集中被破坏；套筒与凹模外径过渡配合；套筒定位相邻凹模，保证三套模具同心装配。
3)装配顺序为：导向模(4.1)-凹模(3.1)-槽板(1.1)-平板(2.1)；导向模(4.2)-凹模(3.2)-槽板(1.2)-平板(2.2)-导向模(4.3)-凹模(3.3)-槽板(1.3)-平板(2.3)；压模(5)。
将凹模(3.1)和导向模(4.1)配合好，将一对槽板和平板配合好装进凹模(3.1)中，装配好导向模(4.2)；将凹模(3.2)和导向模配合好，将一对槽板和平板配合好装进凹模(3.2)中，装配好导向模(4.3)；装上凹模(3.3)，将一对槽板和平板配合好装进凹模(3.3)中；装上压模5，使压模与导向模配合良好。
4)装配后，将上述装配体放进真空扩散焊设备恒温区，使模具与压头同心。
5)抽真空使真空度达到10-3Pa以上，升温到1150℃；加压使零件间接触面压强达到40MPa，保温保压1h，随炉冷却至室温后卸压开炉，取出半成品连接体(6)。
6)利用常规机械加工的方法去除余料，得到目标镍基高温合金通道结构件(7)。
2.权利要求1所述的镍基高温合金板件的材料为特种镍基合金，熔点在1300℃～1400℃槽板的通道采用铣床进行加工；与平板件的配合表面进行抛磨处理，使表面平整光滑。
3.权利要求1所述的凹模、压模和导向模的材料为高温模具钢材料，凹腔、压面的上下面采用铣床进行加工，表面进行抛磨处理，使表面平整光滑。
4.权利要求1所述的板件装配前进行超声丙酮清洗，保持零件的待连接面清洁平整；无水乙醇擦拭模具的接触面，保证凹腔和表面没有杂质；在模具与零件的接触面涂上对应的止焊剂；零件和凹模、凹模和导向模之间均为间隙装配，保持零件上下面平整，完成整体装配。
5.权利要求1所述的升温之前真空度须达到10-3Pa以上，升温速率为2000℃/h，加压速率为400MPa/1h,保温保压1h；降温到室温时长为8～12h。
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