CN111015091B - 一种包罩喷管的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包罩喷管的焊接方法，属于航空航天设备技术领域；一种包罩喷管的焊接方法，利用车加工和铣加工对工件进行加工，得到外圆周上开有流道槽的回转体喷管内壳；在回转体喷管内壳外圆周的流道槽搭接槽道盖板，真空钎焊槽道盖板和流道槽，得到第一包罩喷管组件；将喷管外壳套设在第一包罩喷管组件的外围，真空钎焊喷管外壳和第一包罩喷管组件，得到第二包罩喷管组件；再将接管嘴氩弧焊接在第二包罩喷管组件的外围，得到包罩喷管；本发明采用单槽道搭接钎焊方案，即通过第一槽道盖板和第二槽道盖板将喷管内壳的单个流道槽分别焊接，并且第一槽道盖板与第二槽道盖板之间通过搭接连接，既增加了钎焊质量，又增大了钎缝强度。
Description
技术领域
本发明一般涉及航空航天设备技术领域，具体涉及一种包罩喷管的焊接方法。
背景技术
包罩喷管被应用于航空航天领域的高速或高超音速飞行器上和风洞试验中。在高超音速飞行状态下，包罩喷管需要承受高压以及超过2100℃的高温的恶劣工况条件；一般通过增强产品的内腔承压能力和密封性来提高包罩喷管在高温、高压下的使用寿命；而现有技术中密封结构的密封性差，若采用复杂密封结构，则会产生加工难度大的缺陷；且现有技术中关于改善产品的内腔承压能力没有给出适应性较好的方案，产品的内腔承压能力一般未得到明确提升，导致包罩喷管的使用寿命一直未得到有效延长。
发明内容
鉴于现有技术中的包罩喷管密封性差、内腔承压弱导致的其使用寿命短的缺陷，期望提供一种包罩喷管的焊接方法。
一种包罩喷管的焊接方法，对锻件棒进行机械加工，得到外圆周上开有流道槽的回转体喷管内壳；
在回转体喷管内壳外圆周的流道槽上搭接槽道盖板；所述槽道盖板包括搭接第一槽道盖板、第二槽道盖板；搭接时，先将第一槽道盖板搭接在流道槽上，完成后将第二槽道盖板的T字形搭接在第一槽道盖板上；并在第一槽道盖板和流道槽的接触面、第一槽道盖板和第二槽道盖板的接触面的内侧粘贴带状钎料；再将钎料涂注在槽道盖板与喷管内壳配合面，经真空钎焊，得到内壳组件；
在内壳组件外表面粘贴带状钎料，然后将喷管外壳套设在内壳组件的外围，并在喷管外壳的两端配合面处涂注膏状钎料，经真空钎焊，得到包罩喷管组件；
分别在包罩喷管组件的两侧氩弧焊接接管嘴，使得接管嘴的内孔与流道槽相连通，得到包罩喷管。
进一步地，所述喷管内壳的加工步骤为：
在锻件圆棒的端面上钻底孔，形成中心孔，中心孔留有加工余量；
利用车加工和铣加工对喷管内壳的外侧进行处理，形成筋板，两个筋板之间为一个流道槽，所述流道槽的槽底为圆弧状。
进一步地，所述喷管内壳的两端分别为头部、尾部；
流道槽在从喷管内壳头部延伸至尾部时，在相邻筋板之间增设一个筋板，喷管内壳尾部的筋板数量为喷管内壳头部的筋板的两倍；并在所有头部的筋板上分别设有肋板。
进一步地，所述槽道盖板为长条形，与喷管内壳尾部相匹配的长条形的一端设有长凹槽，与喷管内壳头部相匹配的另一端向上弯折；
其中，所述第一槽道盖板的端面为梯形，所述梯形的两个斜边分别设有用于搭接流道槽的限位凸起；
所述第二槽道盖板的端面为与第一槽道盖板相匹配的T字形，所述T字形的横边为圆弧形。
进一步地，所述槽道盖板与流道槽的搭接为：
搭接时，所述槽道盖板向上弯折的一端与喷管内壳头部搭接，所述槽道盖板设有长凹槽的一端与喷管内壳尾部搭接；所述第一槽道盖板与第二槽道盖板交错搭接；
与喷管内壳头部搭接时，将第一槽道盖板的限位凸起搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板搭接在第一槽道盖板的限位凸起上；
与喷管内壳尾部搭接时，将第一槽道盖板的长凹槽套在肋板两侧，限位凸起分别搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板的长凹槽套在相邻肋板两侧，且T字形搭接在相邻第一槽道盖板的限位凸起上。
进一步地，所述第一槽道盖板的顶面为非配合面，所述非配合面为直面，搭接时和喷管外壳相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；处理内壳组件的第一槽道盖板时，先加工配合面，后采用线切割加工非配合面；
所述第二槽道盖板的顶面为非配合面，所述非配合面为圆弧面，搭接时和喷管外壳相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；处理内壳组件的第二槽道盖板时，先加工配合面，后采用铣加工处理非配合面。
进一步地，所述内壳组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在所有配合面上，利用工装卡和固定回转体外表面；
(1)抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa。
(2)加热程序：以90℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以120℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以150℃/h的速率加热到1030℃，开始钎焊；
(3)真空钎焊：在1030℃±5℃进行钎焊，保持20min；
(4)冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
进一步地，所述喷管外壳的加工步骤为：
将回转体零件分为外壳和法兰两段，分别对外壳和法兰进行车加工处理，对车处理后的外壳和法兰采用氩弧焊对接焊连在一起，并进行热处理、粗车、精车、钻镗孔的处理，形成喷管外壳。
进一步地，所述包罩喷管组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在包罩喷管组件的外表面后，用压力机压装固定；
(1)抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa。
(2)加热程序：以60℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以90℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以120℃/h的速率加热到1025℃，开始钎焊；
(3)真空钎焊：在1025℃±5℃进行钎焊，保持20min；
(4)冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用单槽道搭接钎焊方案，第一槽道盖板与第二槽道盖板相邻搭接；将第一槽道盖板的长凹槽穿过肋板，斜边上的凸起分别搭接在筋板上，搭接完成后将第二槽道盖板的长凹槽穿过肋板，且T字形搭接在第一槽道盖板的斜边凸起上，既增加了钎焊质量，又增大了钎缝强度；且喷管外壳增强了本发明的内腔承压能力。本发明采用工装固定后的钎焊方法，在包罩喷管的整个加工过程中，易于保证钎焊质量，同时提高了产品的可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为本发明的喷管内壳示意图；
图5为图4的B-B剖视图图；
图6为图4的C-C剖视图图；
图7为本发明的喷管外壳示意图；
图8为本发明的第一槽道盖板示意图；
图9为图8的俯视图；
图10为图8的左视图；
图11为本发明的第二槽道盖板示意图；
图12为图10的俯视图；
图13为图10的左视图。
图中：1-喷管内壳；2-喷管外壳；3-第一槽道盖板；4-第二槽道盖板；5-接管嘴；6-法兰；7-外壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1-12，一种包罩喷管的焊接方法，对锻件棒进行机械加工，得到外圆周上开有流道槽的回转体喷管内壳1；在回转体喷管内壳1外圆周的流道槽上搭接槽道盖板；所述槽道盖板包括第一槽道盖板3、第二槽道盖板4；搭接时，先将第一槽道盖板3搭接在流道槽上，完成后将第二槽道盖板4的T字形搭接在第一槽道盖板3上；并在第一槽道盖板3和流道槽的接触面、第一槽道盖板3和第二槽道盖板4的接触面的内侧粘贴带状钎料；再将钎料涂注在槽道盖板与喷管内壳1配合面，经真空钎焊，得到内壳组件；在内壳组件外表面粘贴带状钎料，然后将喷管外壳2套设在内壳组件的外围，并在喷管外壳2的两端配合面处涂注膏状钎料(带状钎料和膏状钎料为同种材质的钎料分别做成不同的剂型，钎料要求与包罩喷管的材质相匹配即可)，经真空钎焊，得到包罩喷管组件；分别在包罩喷管组件的两侧氩弧焊接接管嘴，使得接管嘴5的内孔与流道槽相连通，得到包罩喷管。本发明采用单槽道搭接钎焊方案，第一槽道盖板3与第二槽道盖板4相邻搭接；将第一槽道盖板3的长凹槽穿过肋板，斜边上的凸起分别搭接在筋板上，搭接完成后将第二槽道盖板4的长凹槽穿过肋板，且T字形搭接在第一槽道盖板3的斜边凸起上，既增加了钎焊质量，又增大了钎缝强度；且喷管内壳12增强了本发明的内腔承压能力。本发明采用工装固定后的钎焊方法，在包罩喷管的整个加工过程中，易于保证钎焊质量，同时提高了产品的可靠性。
喷管内壳1的材料为T2，其加工步骤为：
在锻件圆棒的端面上钻底孔，形成中心孔，为了防止变形，省去内撑工装，中心孔留有加工余量；只加工
的中心孔；
利用车加工和铣加工对喷管内壳1的外侧进行处理，形成筋板，两个筋板之间为一个流道槽，所述流道槽的槽底为圆弧状；加工时为了降低难度，提高效率，将圆弧槽底简化成平直槽底。
如图4所示，喷管内壳1的两端分别为头部、尾部；头部为直径小的一端，尾部为直径大的一端；
流道槽在从喷管内壳1头部延伸至尾部时，在相邻筋板之间增设一个筋板，喷管内壳1尾部的筋板数量为喷管内壳1头部的筋板的两倍；并在所有头部的筋板上分别设有肋板。
参照图8-13，槽道盖板为长条形，与喷管内壳1尾部相匹配的长条形的一端设有长凹槽，与喷管内壳1头部相匹配的另一端向上弯折；槽道盖板的材料为T2，在加工过程中，库存料因存放数年，通过自然时效已经将应力释放彻底，故几乎无明显变形；而新购料应力未释放，需要通过人工时效去除应力，故新购买的料变性特别大，约1～2mm，后将新购料统一去应力后变形很小，满足了加工要求。
如图10所示，其中，第一槽道盖板3的端面为梯形，所述梯形的两个斜边分别设有用于搭接流道槽的限位凸起；
如图13所示，第二槽道盖板4的端面为与第一槽道盖板3相匹配的T字形，所述T字形的横边为圆弧形。
槽道盖板与流道槽的搭接为：
搭接时，槽道盖板向上弯折的一端与喷管内壳1头部搭接，槽道盖板设有长凹槽的一端与喷管内壳1尾部搭接；第一槽道盖板3与第二槽道盖板4交错搭接；
与喷管内壳1头部搭接时，将第一槽道盖板3的限位凸起搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板4搭接在第一槽道盖板3的限位凸起上；
与喷管内壳1尾部搭接时，将第一槽道盖板3的长凹槽套在肋板两侧，限位凸起分别搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板4的长凹槽套在相邻肋板两侧，且T字形搭接在相邻第一槽道盖板3的限位凸起上。
第一槽道盖板3的顶面为非配合面，所述非配合面为直面，搭接时和喷管外壳2相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；为了加快进度，提高效率，将平台加工改为四轴加工，设计新工装将零件在加工中心四轴上一次装夹，完成所有配合面和非配合面的加工，并且多套工装同时进行，大大的缩短了加工周期；处理内壳组件的第一槽道盖板3时，先加工配合面，后采用线切割加工非配合面；
所述第二槽道盖板4的顶面为非配合面，所述非配合面为圆弧面，搭接时和喷管外壳2相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；处理内壳组件的第二槽道盖板4时，先加工配合面，后采用铣加工处理非配合面。
内壳组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在所有配合面上，利用工装卡和固定回转体外表面；
(1)抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa。
(2)加热程序：以90℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以120℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以150℃/h的速率加热到1030℃，开始钎焊；
(3)真空钎焊：在1030℃±5℃进行钎焊，保持20min；
(4)冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
如图7所示，喷管外壳2的材料为0Cr18Ni9，其加工步骤为：
将回转体零件分为外壳7和法兰6两段，分别对外壳7和法兰6进行车加工处理，对车处理后的外壳7和法兰6采用氩弧焊对接焊连在一起，并进行热处理、粗车、精车、钻镗孔的处理，形成喷管外壳2。
为了使包罩喷管在加热过程中钎焊面上有挤压力存在，在装炉时将喷管内壳1垫起依靠喷管内壳1的自重作用在钎焊面上，从而保证钎缝质量。包罩喷管组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在包罩喷管组件的外表面后，用压力机压装固定后放入炉内钎焊；
(1)抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa。
(2)加热程序：以60℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以90℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以120℃/h的速率加热到1025℃，开始钎焊；
(3)真空钎焊：在1025℃±5℃进行钎焊，保持20min；
(4)冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (4)
1.一种包罩喷管的焊接方法，其特征在于：
1）对锻件棒进行机械加工，得到外圆周上开有流道槽的回转体喷管内壳；所述喷管内壳的加工步骤为：
在锻件圆棒的端面上钻底孔，形成中心孔，中心孔留有加工余量；
利用车加工和铣加工对喷管内壳的外侧进行处理，形成筋板，两个筋板之间为一个流道槽，所述流道槽的槽底为圆弧状；
所述喷管内壳的两端分别为头部、尾部；
流道槽在从喷管内壳头部延伸至尾部时，在相邻筋板之间增设一个筋板，喷管内壳尾部的筋板数量为喷管内壳头部的筋板的两倍；并在所有头部的筋板上分别设有肋板；
2）在回转体喷管内壳外圆周的流道槽上搭接槽道盖板；所述槽道盖板包括第一槽道盖板、第二槽道盖板；所述槽道盖板为长条形，与喷管内壳尾部相匹配的长条形的一端设有长凹槽，与喷管内壳头部相匹配的另一端向上弯折；其中，所述第一槽道盖板的端面为梯形，所述梯形的两个斜边分别设有用于搭接流道槽的限位凸起；所述第二槽道盖板的端面为与第一槽道盖板相匹配的T字形，所述T字形的横边为圆弧形；
所述第一槽道盖板的顶面为非配合面，所述非配合面为直面，搭接时和喷管外壳相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；处理内壳组件的第一槽道盖板时，先加工配合面，后采用线切割加工非配合面；
所述第二槽道盖板的顶面为非配合面，所述非配合面为圆弧面，搭接时和喷管外壳相贴合，除顶面以外的其余轮廓为配合面；处理内壳组件的第二槽道盖板时，先加工配合面，后采用铣加工处理非配合面；
搭接时，先将第一槽道盖板搭接在流道槽上，完成后将第二槽道盖板的T字形搭接在第一槽道盖板上；
所述槽道盖板与流道槽的搭接为：搭接时，所述槽道盖板向上弯折的一端与喷管内壳头部搭接，所述槽道盖板设有长凹槽的一端与喷管内壳尾部搭接；所述第一槽道盖板与第二槽道盖板交错搭接；
与喷管内壳头部搭接时，将第一槽道盖板的限位凸起搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板搭接在第一槽道盖板的限位凸起上；
与喷管内壳尾部搭接时，将第一槽道盖板的长凹槽套在肋板两侧，限位凸起分别搭接在筋板上，然后将第二槽道盖板的长凹槽套在相邻肋板两侧，且T字形搭接在相邻第一槽道盖板的限位凸起上；
并在第一槽道盖板和流道槽的接触面、第一槽道盖板和第二槽道盖板的接触面的内侧粘贴带状钎料；再将钎料涂注在槽道盖板与喷管内壳配合面，经真空钎焊，得到内壳组件；
3）在内壳组件外表面粘贴带状钎料，然后将喷管外壳套设在内壳组件的外围，并在喷管外壳的两端配合面处涂注膏状钎料，经真空钎焊，得到包罩喷管组件；
分别在包罩喷管组件的两侧氩弧焊接接管嘴，使得接管嘴的内孔与流道槽相连通，得到包罩喷管。
2.根据权利要求1所述的一种包罩喷管的焊接方法，其特征在于：
所述内壳组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在所有配合面上，利用工装卡和固定回转体外表面；
（1）抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa；
（2）加热程序：以90℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以120℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以150℃/h的速率加热到1030℃，开始钎焊；
（3）真空钎焊：在1030℃±5℃进行钎焊，保持20min；
（4）冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
3.根据权利要求1所述的一种包罩喷管的焊接方法，其特征在于：
所述喷管外壳的加工步骤为：
将回转体零件分为外壳和法兰两段，分别对外壳和法兰进行车加工处理，对车处理后的外壳和法兰采用氩弧焊对接焊连在一起，并进行热处理、粗车、精车、钻镗孔的处理，形成喷管外壳。
4.根据权利要求1所述的一种包罩喷管的焊接方法，其特征在于：
所述包罩喷管组件的钎焊步骤为：将钎料涂注在包罩喷管组件的外表面后，用压力机压装固定；
（1）抽真空：冷态抽真空，使炉内真空度达到5×10-2Pa，工作真空度8×10-2Pa；
（2）加热程序：以60℃/h的速率加热到450℃，保温30min；再以90℃/h的速率加热到950℃，保温240min；最后以120℃/h的速率加热到1025℃，开始钎焊；
（3）真空钎焊：在1025℃±5℃进行钎焊，保持20min；
（4）冷却程序：以120℃/h的速率控温冷却至600℃后向炉内填充高纯气体，使炉内压力达到8×104Pa后，启动风扇冷却至65℃出炉。
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