CN109834356B - 一种复杂双合金锥体结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂双合金锥体结构的制作方法，包括如下步骤：根据待加工的复杂双合金锥体结构的设计要求，将其分成三部分组件进行真空钎焊；三部分组件包括内筒体、密封盖板及外壳体；密封盖板的内壁上纵向设有镶条，镶条上纵向设有凸起条；将钎料涂注在镶条上，将内筒体与密封盖板装配紧密后进行真空钎焊；对组合件进行密封性检验合格后，将密封盖板加工成与内筒体的外壁弧面相一致的弧面；并将钎料涂注在外壳体的内壁上，将外壳体与组合件紧密贴合后真空钎焊，得到复杂双合金锥体结构组件。本发明采用分体加工，降低加工难度；同时镶条和冷却槽道两侧的筋条搭接形成搭接焊缝，增大钎焊面积，使双合金锥体结构能够承受较高的压力。
Description
技术领域
本发明属于航空航天设备技术领域，涉及一种复杂双合金锥体结构的制作方法。
背景技术
复杂双合金锥体结构是由内筒体、狭长筋条(宽度＜3mm，长度＞350mm)和密封盖板组成的带有大量冷却槽道的耐高温密封锥体，同时外层复合不锈钢承压外壳体组成的复杂双合金结构，锥体尺寸＞￠200下×500mm。这种复杂双合金结构要求相邻冷却槽道之间绝对密封，用于高温、高压等苛刻工况条件。
目前，由于复杂双合金锥体结构是内外层双合金结构，且存在大量冷却槽道，筋条狭长、接头较多，采用常规的电阻焊、熔化焊(氩弧焊、激光焊、等离子焊、电子束焊)等工艺不能保证冷却槽道之间绝对密封和控制窄槽的热变形，均无法满足技术要求；扩散焊接在实施过程中需要对结合部位施加一定的压力，对于如此大量的结合部位施压难度极大，同时也难于达到绝对密封的技术要求；大气气氛下钎焊，需要添加防氧化钎剂，容易对冷却槽道道造成影响，组件局部高温应力难以消除而产生裂纹；激光选区3D打印工艺在目前技术水平下无法实现不同材料部件的精密打印。真空钎焊技术是制作此种复杂双合金锥体结构可行的方法，然而现有的真空钎焊方法多采用整体式钎焊工艺，整体式钎焊对工装要求较高，无法保证结合部位的贴合度，装置密封性能得不到保证，因此制备的复杂双合金锥体结构的抗压性达不到要求。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种复杂双合金锥体结构的制作方法，采用分体加工的方法，降低了加工难度；同时增大了钎焊面积，增强了冷却槽道与密封盖板之间的密封性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种复杂双合金锥体结构的制作方法，包括如下步骤：
(1)根据待加工的复杂双合金锥体结构的设计要求，将其分成三部分组件进行真空钎焊；其中，三部分组件包括内筒体、密封盖板及外壳体，其中内筒体、密封盖板均为两端大、中间小的结构；内筒体的外壁上纵向开设有多条冷却槽道，密封盖板的内壁上纵向设有多条宽度大于冷却槽道的镶条，镶条上设有与冷却槽道宽度相匹配的凸起条；
(2)将密封盖板在中间窄处切割分为上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣密封盖板的镶条上，并将上下两瓣密封盖板分别套在内筒体外部，使凸起条伸入冷却槽道中，凸起条与冷却槽道的底部之间留有一定的间隙；采用工装使密封盖板的镶条与内筒体的冷却槽道两侧的筋条紧密贴合，其中上下两瓣密封盖板的切割缝紧密贴合；
(3)将步骤(2)中内筒体与密封盖板装配紧密后在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣密封盖板的切割缝焊接；
(4)将步骤(3)中钎焊后的内筒体与密封盖板的锥体结构进行密封性检验；
(5)将密封盖板的外壁加工成厚度均匀、与内筒体的外壁弧面相一致的弧面；
(6)将外壳体沿径向切割为上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣外壳体的内壁上，采用工装将外壳体的内壁与内筒体与密封盖板的锥体结构的外壁紧密贴合，在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣外壳体的切割缝焊接，得到复杂双合金锥体结构组件。
进一步，步骤(1)～步骤(4)中密封盖板的壁厚为1.0～1.5mm。
进一步，步骤(5)中将密封盖板的壁厚加工至0.4～0.6mm。
进一步，步骤(3)和步骤(6)中真空钎焊的真空条件为0.01～30Pa，温度为350℃～1095℃，时间为8～10h。
进一步，所述的钎料为膏状钎料HBNi82CrSiB。
进一步，步骤(2)中凸起条与冷却槽道的底部之间的间隙为1～3cm。
进一步，真空钎焊具体包括如下步骤：
(1)对真空炉抽真空，使炉内真空度达1×10-2Pa；
(2)向炉内填充高纯氩气，使炉内真空度到50-150Pa；
(3)以30℃/h的速度加热到450℃，保温60min；
(4)以60℃/h的速度加热到700℃，分压5pa，保温60min；
(5)以90℃/h的速度加热到900℃，分压30pa，保温240min；
(6)以100℃/h的速度加热到1090±5℃，分压50pa，开始真空钎焊，时间为4～6h。
进一步，钎焊完毕后，以90℃/h的速率控温冷却到700℃关分压阀，随炉真空冷却，冷却到200℃充填高纯氩气，使炉内压力达到9×104Pa，待组合件冷却至65℃出炉。
进一步，步骤(4)中在10.0MPa压力下进行密封性检验。
进一步，步骤(3)和步骤(6)中采用氩弧焊将切割缝焊接后，将焊缝打磨光滑。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种复杂双合金锥体结构的制作方法，采用分体加工，降低了加工难度；在密封盖板内壁上设置镶条，密封盖板与内筒体焊接时镶条的凸起条伸入冷却槽道，镶条和冷却槽道两侧的筋条搭接形成搭接焊缝，改变了内筒体和密封盖板以往的对接焊缝的焊接方式，增大了钎焊面积，增强了冷却槽道与密封盖板之间的密封性，使装置能承受10MPa的高压。同时，本发明在密封盖板内壁上设置镶条，焊接时凸起条伸入冷却槽道内，可防止钎料堵塞冷却槽道，也可有效解决狭长冷却槽道两侧的筋条在焊接过程中容易变形的问题，使相邻的冷却槽道之间绝对密封。
附图说明
图1为本发明的复杂双合金锥体结构的结构示意图；
图2为本发明A处的局部放大图；
图3为本发明A处的B-B截面图。
其中，1为内筒体，2为密封盖板，3位外壳体，4为冷却槽道，5为镶条，6为凸起条，7为筋条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种复杂双合金锥体结构的制作方法，包括如下步骤：
(1)根据待加工的复杂双合金锥体结构的设计要求，将其分成三部分组件进行真空钎焊；其中，三部分组件包括内筒体1、密封盖板2及外壳体3，其中内筒体1、密封盖板2均为两端大、中间小结构；内筒体1的外壁上纵向开设有多条冷却槽道4，密封盖板2的内壁上纵向设有多条宽度大于冷却槽道4的镶条5，镶条5上设有与冷却槽道4宽度相匹配的凸起条6；
(2)将密封盖板2在中间窄处切割分为上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣密封盖板2的镶条5上，并将上下两瓣密封盖板2分别套在内筒体1外部，使凸起条6伸入冷却槽道4中，凸起条6与冷却槽道4的底部之间留有一定的间隙；采用工装使密封盖板2的镶条5与内筒体1的冷却槽道4两侧的筋条7紧密贴合，其中上下两瓣密封盖板2的切割缝紧密贴合；
(3)将步骤(2)中内筒体1与密封盖板2装配紧密后在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣密封盖板2的切割缝焊接；
(4)将步骤(3)中钎焊后的内筒体1与密封盖板2的锥体结构进行密封性检验；
(5)将密封盖板2的外壁加工成厚度均匀、与内筒体1的外壁弧面相一致的弧面；
(6)将外壳体3沿径向切割成上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣外壳体3的内壁上，采用工装将外壳体3的内壁与内筒体1与密封盖板2的锥体结构的外壁紧密贴合，在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣外壳体3的切割缝焊接，得到复杂双合金锥体结构组件。
具体的，所述的内筒体1的材料为铬锆铜，密封盖板2的材料为T2，镶条5和凸起条6材质与密封盖板2材质相同。因内筒体1在高温环境下工作，温度达2300K，且内筒体1需要较高的导热性，因此采用铬锆铜材料制备内筒体1。外壳体3的材料为0Cr18Ni9不锈钢。所述的内筒体1、密封盖板2均为两端大、中间小的结构，密封盖板2无法直接套在内筒体1外部，因此将密封盖板2在中间窄处切割成上下两瓣，将上下两瓣密封盖板2套在内筒体1外部进行真空钎焊。为了防止铜在高温下融化，在内筒体1外壁上设有多个冷却槽道4，在装置工作过程中，向装置内通入高压的水用于冷却内筒体1，使内筒体1在2300K高温下能够正常工作。
具体的，采用储能电焊机将HBNi82CrSiB膏状钎料均匀涂注在密封盖板2的镶条5上，用工装将内筒体1与密封盖板2定位夹紧；具体的，夹紧内筒体1与密封盖板2的工装为与密封盖板2外壁弧度相匹配的夹紧件，使内筒体1与密封盖板2紧密贴合，夹紧后将内筒体1与密封盖板2的组合件送入真空炉中进行真空钎焊。
钎焊得到内筒体1与密封盖板2的组合件后，将外壳体3沿径向切割成上下两瓣；在圆柱形不锈钢锻件内沿纵向开设与内筒体1与密封盖板2钎焊组成的锥体结构相匹配的流道槽，得到外壳体3。因流道槽为两端大、中间小的结构，外壳体3无法直接套在内筒体1与密封盖板2钎焊组成的锥体结构外部，所以将外壳体3沿径向在流道槽的窄处切割成上下两瓣；用储能电焊机将膏状钎料HBNi82CrSiB均匀涂注在上下两瓣外壳体3的内壁上，采用工装将外壳体3的内壁与内筒体1与密封盖板2的锥体结构的外壁紧密贴合；定位夹紧外壳体3和内筒体1与密封盖板2的锥体结构的工装为与外壳体3外形结构相匹配的夹紧件，将外壳体3与内筒体1与密封盖板2的组合件紧密贴合，夹紧后在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣外壳体3的切割缝焊接，得到复杂双合金锥体结构组件。
进一步，步骤(1)～步骤(4)中密封盖板2的壁厚为1.0～1.5mm。
进一步，步骤(5)中将密封盖板2的壁厚加工至0.4～0.6mm。
为了保证密封盖板2与内筒体1的贴合度，也为了在工装压紧密封盖板2与内筒体1的组合件时为了使密封盖板2不发生变形，先将密封盖板2的壁厚设计为大于设计要求的厚度，待将密封盖板2和内筒体1真空钎焊后，内筒体1与密封盖板2的锥体结构，再用车床加工将密封盖板2多余的厚度去掉，使密封盖板2的壁厚在0.4～0.6mm。
进一步，步骤(3)和步骤(6)中真空钎焊的真空条件为0.01～30Pa，温度为350℃～1095℃，时间为8～10h。
进一步，所述的钎料为膏状钎料HBNi82CrSiB。
进一步，步骤(2)中凸起条6与冷却槽道4的底部之间的间隙为1～3cm，为了保证能够在内筒体1外壁通入冷却水对内筒体1进行冷却，在凸起条6与冷却槽道4的底部之间留有一定的间隙。
进一步，真空钎焊具体包括如下步骤：
(1)对真空炉抽真空，使炉内真空度达1×10-2Pa；
(2)向炉内填充高纯氩气，使炉内真空度到50-150Pa；
(3)以30℃/h的速度加热到450℃，保温60min；
(4)以60℃/h的速度加热到700℃，分压5pa，保温60min；
(5)以90℃/h的速度加热到900℃，分压30pa，保温240min；
(6)以100℃/h的速度加热到1090±5℃，分压50pa，开始真空钎焊，时间为4～6h。
进一步，钎焊完毕后，以90℃/h的速率控温冷却到700℃关分压阀，随炉真空冷却气体冷却到200℃充填高纯氩气，使炉内压力达到9×104Pa，待组合件冷却至65℃出炉。
进一步，步骤(4)中在10.0MPa压力下进行密封性检验。
钎焊结束后，在10.0MPa压力下对钎焊好的内筒体1和密封盖板2的组合件进行密封性检验，分别对真空钎焊得到的内筒体1和密封盖板2的组合件的扩张段和喉道段进行密封性检验，在1.0MPa～9.0MPa下每升高1.0MPa，保压2min，对组合件的扩张段和喉道进行压力测试，焊缝均无渗漏，测试合格；在10.0MPa下保压10min，对组合件的扩张段和喉道进行压力测试，焊缝均无渗漏，测试合格。
在10.0MPa下保压10min测试合格后，将密封盖板2的多余厚度去掉，将密封盖板2壁厚车加工至0.4～0.6mm；优选的，将密封盖板2壁厚车加工至0.5mm；为了保证钎焊时密封盖板2的镶条5与内筒体1的冷却槽道4两侧的筋条7的贴合度，先将密封盖板2的壁厚设置在1.0～1.5mm，大于设计要求；当钎焊后的内筒体1与密封盖板2结构密封性检验合格后，再去掉密封盖板2的多余厚度，从而保证内筒体1与密封盖板2的组合件的密封性达到设计要求。
进一步，步骤(3)和步骤(6)中采用氩弧焊将切割缝焊接后，将焊缝打磨光滑。
需要说明的是，采用氩弧焊焊接上下两瓣密封盖板2和上下两瓣外壳体3时，电流为80-100A，氩气流量在5-8L/min，焊丝材料为0Cr21Ni10。真空钎焊的条件与步骤(3)中的真空钎焊的条件与方法相同，在此不再赘述。在10.0MPa压力下对钎焊后的复杂双合金锥体结构进行密封性检验，与步骤(4)中密封性检验方法相同，在此不再赘述。
由以上技术方案，本发明提供了一种复杂双合金锥体结构的制作方法，采用分体加工，降低了加工难度；在密封盖板2内壁上设置镶条5，密封盖板2与内筒体1焊接时镶条5的凸起条6伸入冷却槽道4，镶条5和冷却槽道4两侧的筋条7搭接形成搭接焊缝，改变了内筒体1和密封盖板2以往的对接焊缝的焊接方式，增大了钎焊面积，增强了冷却槽道4与密封盖板2之间的密封性，使装置能承受10MPa的高压。同时，本发明在密封盖板2内壁上设置镶条5，焊接时凸起条6伸入冷却槽道4内，可防止钎料堵塞冷却槽道4，也可有效解决狭长冷却槽道4两侧的筋条7在焊接过程中容易变形的问题，使相邻的冷却槽道4之间绝对密封。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据待加工的复杂双合金锥体结构的设计要求，将其分成三部分组件进行真空钎焊；其中，三部分组件包括内筒体、密封盖板及外壳体，其中内筒体、密封盖板均为两端大、中间小的结构；内筒体的外壁上纵向开设有多条冷却槽道，密封盖板的内壁上纵向设有多条宽度大于冷却槽道的镶条，镶条上设有与冷却槽道宽度相匹配的凸起条；
(2)将密封盖板在中间窄处切割分为上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣密封盖板的镶条上，并将上下两瓣密封盖板分别套在内筒体外部，使凸起条伸入冷却槽道中，凸起条与冷却槽道的底部之间留有一定的间隙；采用工装使密封盖板的镶条与内筒体的冷却槽道两侧的筋条紧密贴合，其中上下两瓣密封盖板的切割缝紧密贴合；
(3)将步骤(2)中内筒体与密封盖板装配紧密后在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣密封盖板的切割缝焊接；
(4)将步骤(3)中钎焊后的内筒体与密封盖板的锥体结构进行密封性检验；
(5)将密封盖板的外壁加工成厚度均匀、与内筒体的外壁弧面相一致的弧面；
(6)将外壳体沿径向切割为上下两瓣；采用储能焊的方式将钎料均匀涂注在上下两瓣外壳体的内壁上，采用工装将外壳体的内壁与内筒体与密封盖板的锥体结构的外壁紧密贴合，在钎焊炉内进行真空钎焊；出炉后采用氩弧焊将上下两瓣外壳体的切割缝焊接，得到复杂双合金锥体结构组件。
2.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(1)～步骤(4)中密封盖板的壁厚为1.0～1.5mm。
3.根据权利要求2所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(5)中将密封盖板的壁厚加工至0.4～0.6mm。
4.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(6)中真空钎焊的真空条件为0.01～30Pa，温度为350℃～1095℃，时间为8～10h。
5.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，所述的钎料为膏状钎料HBNi82CrSiB。
6.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(2)中凸起条与冷却槽道的底部之间的间隙为1～3cm。
7.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，真空钎焊具体包括如下步骤：
(1)对真空炉抽真空，使炉内真空度达1×10-2Pa；
(2)向炉内填充高纯氩气，使炉内真空度到50-150Pa；
(3)以30℃/h的速度加热到450℃，保温60min；
(4)以60℃/h的速度加热到700℃，分压5pa，保温60min；
(5)以90℃/h的速度加热到900℃，分压30pa，保温240min；
(6)以100℃/h的速度加热到1090±5℃，分压50pa，开始真空钎焊，时间为4～6h。
8.根据权利要求7所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，钎焊完毕后，以90℃/h的速率控温冷却到700℃关分压阀，随炉真空冷却，冷却到200℃充填高纯氩气，使炉内压力达到9×104Pa，待组合件冷却至65℃出炉。
9.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(4)中在10.0MPa压力下进行密封性检验。
10.根据权利要求1所述的复杂双合金锥体结构的制作方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(6)中采用氩弧焊将切割缝焊接后，将焊缝打磨光滑。
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| PB01 | Publication | ||
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Effective date of registration: 20191224 Address after: Room A112, floor 1, block a, building 15, Jingwei new City Innovation Industrial Park, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Xi'an City, Shaanxi Province 710200 Applicant after: Xi'an Yuanhang Vacuum Brazing Technology Co., Ltd. Address before: 710200 Room A112, First Floor, Area A, Building 15, Innovation Industrial Park, Jingwei New Town, Xi'an Economic and Technological Development Zone, Shaanxi Province Applicant before: Ren Yaowen |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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