CN114700603B - 一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法 - Google Patents

一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，包括步骤一：根据目标零件的空心内腔尺寸的要求选择不同厚度的待焊零件，并设计出待焊零件在扩散焊接过程中的变形量；步骤二：根据变形量在待焊零件上加工出余量区域和焊接区域，且在余量区域与焊接区域的连接处形成台阶面，台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与变形量相同；步骤三：在焊接区域的表面上采用机械加工或化学方法形成凹槽；骤四：将各待焊零件依次叠层放置；步骤五：将叠层放置的各待焊零件装入工装中，且在各待焊零件与工装间涂覆止焊剂；步骤六：将步骤五中的装配有各待焊零件的工装放置于扩散焊设备炉中，抽真空后，采用扩散焊接工艺进行焊接。

Description

一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法
技术领域
本发明涉及真空扩散焊接技术领域，特别是涉及一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法。
背景技术
随着技术的发展，扩散焊在新型的航空产品上的应用越来越广泛，尤其是空心结构的焊接。对空心结构的焊接而言，空心内腔的尺寸往往影响到产品的功能，焊接过程中的每层待焊接件的尺寸变形量对整体零件的内腔尺寸有很大影响。
扩散焊是在高温环境下，通过压力作用使焊接面发生变形，在长时间的保温下利用元素扩散焊形成均一接头的焊接方法，一般而言，控制的参数包括温度、压力和保温时间。对一些空心结构而言，该焊接过程的尺寸变形量控制是一个难题。为了保证变形量，现有技术经常采用增加限位块的方式控制焊接变形量来达到控制空心内腔尺寸精度的目的。但该方法需要引入额外的限位装置或工装，增加了制造成本和装配时间，同时，对于多层结构而言，通过限位块来控制焊接变形量的方法仅能实现对整体零件变形量的控制，对每层待焊接件的变形量无法实现精确控制，从而导致各层待焊接件的变形量与目标变形量存在偏差，导致焊合率难以满足生产的要求，难以确保较高的焊接质量。
发明内容
(1)要解决的技术问题
通过在各待焊零件上均加工出与变形量相同尺寸的台阶面，且该台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与该变形量相同，利用台阶面在扩散焊接过程中受压变形而使得两个相邻待焊零件的余量区域自动接触贴合，无需额外增加限位装置或限位工装来实现扩散焊焊接变形量的精确控制，通过将变形量设置为待焊零件厚度的2％-10％，可以确保在扩散焊接过程中叠层放置的各待焊零件的变形量一致，从而对目标零件的焊接总变形量的精准控制，实现对空心内腔尺寸的精度控制和保证焊合率的一致性。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，包括步骤如下：步骤一：根据目标零件的空心内腔尺寸的要求选择不同厚度的待焊零件，并设计出所述待焊零件在扩散焊接过程中的变形量；步骤二：根据所述变形量在所述待焊零件上加工出余量区域和焊接区域，且所述余量区域位于所述焊接区域的下方并与所述待焊区域连接形成台阶面，所述台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与所述变形量相同；步骤三：在所述焊接区域的表面上采用机械加工或化学方法形成凹槽；骤四：将各所述待焊零件依次叠层放置，确保各相邻两个所述待焊零件中其中一个的余量区域底面与另一个的焊接区域顶面贴合用于形成所述空心内腔；步骤五：将叠层放置的各所述待焊零件装入工装中，且在各所述待焊零件与所述工装间涂覆止焊剂；步骤六：将步骤五中的装配有各所述待焊零件的工装放置于扩散焊设备炉中，抽真空后，采用扩散焊接工艺进行焊接。
进一步地，所述余量区域的面积为所述焊接区域的面积的两倍。
进一步地，所述台阶面包括设于所述余量区域上的第一水平面、设于所述焊接区域上的第二水平面以及连接所述第一水平面与所述第二水平面的竖直面。
进一步地，所述竖直面的长度为所述待焊零件厚度的2％-10％。
进一步地，所述竖直面的长度与所述变形量相。
进一步地，各所述待焊零件的厚度均为1-2mm，各所述竖直面的长度均为0.02-0.2mm。
进一步地，所述凹槽的深度大于所述竖直面的长度。
进一步地，各所述待焊零件为不锈钢材料或钛合金材料制成。
(1)有益效果
综上，本发明通过在各待焊零件上均加工出与变形量相同尺寸的台阶面，且该台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与该变形量相同，利用台阶面在扩散焊接过程中受压变形而使得两个相邻待焊零件的余量区域自动接触贴合，无需额外增加限位装置或限位工装来实现扩散焊焊接变形量的精确控制。
通过将变形量设置为待焊零件厚度的2％-10％，可以确保在扩散焊接过程中叠层放置的各待焊零件的变形量一致，从而实现对空心内腔尺寸的精度控制和保证焊合率的一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是待焊零件的结构示意图。
图2是各待焊零件的叠层结构示意图。
图3是图2中A的放大图。
图中：
1-待焊零件；11-余量区域；12-焊接区域；13-凹槽；111-第一水平面；112-竖直面；121-第二水平面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
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。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种发明的待焊零件的结构示意图，如图1-图3所示，该适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，包括步骤如下：步骤一：根据目标零件的空心内腔尺寸的要求选择不同厚度的待焊零件1，并设计出待焊零件1在扩散焊接过程中的变形量；步骤二：根据该变形量在待焊零件1上加工出余量区域11和焊接区域12，且该余量区域11位于焊接区域12的下方并与待焊区域12连接形成台阶面，该台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与该变形量相同；步骤三：在焊接区域12的表面上采用机械加工或化学方法形成凹槽13；步骤四：将各待焊零件1依次叠层放置，确保各相邻两个待焊零件1中的其中一个的余量区域11底面与另一个的焊接区域12顶面贴合用于形成该空心内腔；步骤五：将叠层放置的各待焊零件1装入工装中，且在各待焊零件1与工装间涂覆止焊剂；步骤六：将步骤五中的装配有各待焊零件的工装放置于扩散焊设备炉中，抽真空后，采用扩散焊接工艺进行焊接。该扩散焊接工艺为现有技术，本发明不做赘述，且该机械加工方法为现有技术中常用的车铣加工。
本发明通过在各待焊零件上均加工出与变形量相同尺寸的台阶面，且该台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与该变形量相同，利用台阶面在扩散焊接过程中受压变形而使得两个相邻待焊零件的余量区域自动接触贴合，无需额外增加限位装置或限位工装来实现扩散焊焊接变形量的精确控制。
作为一种优选实施方式，如图1所示，余量区域11的面积为焊接区域12的面积的两倍。
作为另一种优选实施方式，如图1和图3所示，台阶面包括设于余量区域11上的第一水平面111、设于焊接区域12上的第二水平面121以及连接第一水平面111与第二水平面121的竖直面112，该竖直面112的长度为待焊零件1厚度的2％-10％，优选地，各待焊零件1的厚度均为1-2mm，各竖直面112的长度均为0.02-0.2mm，竖直面112的长度与变形量相同，该待焊零件1采用不锈钢材料或钛合金材料制成。通过将变形量设置为待焊零件厚度的2％-10％，可以确保在扩散焊接过程中叠层放置的各待焊零件的变形量一致，从而实现对空心内腔尺寸的精度控制和保证焊合率的一致性
作为其他可选实施方式。
优选地，如图1所示，凹槽13的深度大于所述竖直面112的长度。
为了更好的理解本发明的技术方案，结合工作原理对本发明进一步说明，如图1-图3所示，该待焊零件1为TC4钛合金单层板，目标零件为具有20层结构的多层钛合金板的组合件，根据多层钛合金板的空心内腔尺寸的要求选择厚度为1mm的钛合金单层板20个，并根据设计好的变形量在各钛合金单层板1上加工出台阶面，其中位于上方的第二水平面121设置在焊接区域12内，位于下方的第一水平面111设置在余量区域11内，竖直面112所加工出来的长度与变形量相同，均为0.1mm，接着为了保证对空心内腔尺寸的精准控制，则在焊接区域12的表面即第二水平面121上铣出相互平行的多个凹槽13，且该凹槽13的深度要大于竖直面112的长度即变形量，确保竖直面112在扩散焊焊接过程中的变形消失而不影响相邻两个钛合金单层板1之间的空心内腔的成型，待上述准备过程结束后，将各加工后的钛合金单层板1按照顺序依次叠层放置，使得相邻两个钛合金单层板1中位于上方的钛合金单层板1的余量区域11的底面与位于下方的钛合金单层板1的焊接区域12的顶面即表面(即第二水平面)贴合，通过余量区域11的底面封住凹槽13的表面用于形成该空心内腔，然后再将20个叠层放置的钛合金单层板1放入工装中，并在各钛合金单层板1与工装的接触面上涂覆止焊剂，再将整个工装放置于扩散焊设备炉中进行扩散焊接工艺处理，焊接时，在压力作用下，由于台阶面即竖直面112会先变形，且在变形量达到0.1mm时，相邻两个钛合金单层板1的余量区域12相互接触，焊接压强降低，焊接变形量不再有明显变化，扩散焊接工艺结束，取出整个工装后将工装拆除并清理多层钛合金板上的止焊剂，将余量区进行裁切后得到目标零件。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一：根据目标零件的空心内腔尺寸的要求选择不同厚度的待焊零件（1），并设计出所述待焊零件（1）在扩散焊接过程中的变形量；
步骤二：根据所述变形量在所述待焊零件（1）上加工出余量区域（11）和焊接区域（12），且所述余量区域（11）位于所述焊接区域（12）的下方并与所述焊接区域（12）连接形成台阶面，所述台阶面在扩散焊接过程中的变形尺寸与所述变形量相同，所述台阶面包括设于所述余量区域（11）上的第一水平面（111）、设于所述焊接区域（12）上的第二水平面（121）以及连接所述第一水平面（111）与所述第二水平面（121）的竖直面（112），所述竖直面（112）的长度为所述待焊零件（1）厚度的2%-10%，所述竖直面（112）的长度与所述变形量相同；
步骤三：在所述焊接区域（12）的表面上采用机械加工形成凹槽（13）；
步骤四：将各所述待焊零件（1）依次叠层放置，确保各相邻两个所述待焊零件（1）中其中一个的余量区域（11）底面与另一个的焊接区域（12）顶面贴合用于形成所述空心内腔；
步骤五：将叠层放置的各所述待焊零件（1）装入工装中，且在各所述待焊零件（1）与所述工装间涂覆止焊剂；
步骤六：将步骤五中的装配有各所述待焊零件（1）的工装放置于扩散焊设备炉中，抽真空后，采用扩散焊接工艺进行焊接。
2.根据权利要求1所述的适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，其特征在于，所述余量区域（11）的面积为所述焊接区域（12）的面积的两倍。
3.根据权利要求1所述的适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，其特征在于，各所述待焊零件（1）的厚度均为1-2mm，各所述竖直面（112）的长度均为0.02-0.2mm。
4.根据权利要求1所述的适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，其特征在于，所述凹槽（13）的深度大于所述竖直面（112）的长度。
5.根据权利要求1所述的适用于空心层状结构零件的扩散焊接方法，其特征在于，各所述待焊零件（1）为不锈钢材料或钛合金材料制成。
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