CN1868628A - 制造带有金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件的方法 - Google Patents

Abstract

用于制造包括由金属基体复合材料制成的插入物的管状部件的方法，陶瓷纤维在其内延伸，其特征在于其包括覆盖步骤，其中由带涂层细丝构成的结合板(21)绕着金属芯轴(24)覆盖，每个细丝包括涂有金属护套的陶瓷纤维，并且细丝通过点焊而结合。

Description

制造带有金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件的方法

技术领域

本发明涉及一种包括由金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件的制造。

背景技术

特别是在航空学领域，一个不变的目的是优化部件的强度以便获得最小质量和最小尺寸。因此，今后，某些部件可以包括由金属基体复合材料制成的嵌件。此类复合材料包括金属合金基体如钛(Ti)合金，纤维如碳化硅(SiC)陶瓷纤维在该金属合金基体中延伸。此类纤维的拉伸强度远远大于钛的拉伸强度(与钛的1000MPa相比而言，通常是4000MPa)。因此是这些纤维承受负载，而金属合金基体提供了与部件的其余部分连接起来的结合剂的功能，并且还提供了保护与隔离纤维的功能，这些纤维不必互相接触。此外，虽然陶瓷纤维能抵抗腐蚀，但是其必须利用金属来增强。

这些复合材料可用于制造盘片、轴、冲头体、壳体和垫片，如用于单片式部件如刀片等等的增强层。

为了获得此类复合材料嵌件，要预先形成称为“带涂层细丝”的细丝，所述细丝包括带金属涂层的陶瓷纤维。金属赋予细丝用于处理其所需的弹性和灵活性。优选地，极细微的碳或钨丝沿着其轴线存在于纤维的中心，这种碳丝涂有碳化硅，同时由碳构成的薄膜插入纤维与金属之间，以便在沉积于纤维上的液态金属冷却时发生的不均匀热松弛期间提供扩散阻隔/缓冲作用。

复合细丝或带涂层细丝的制造可以按照多种方式进行，例如通过在电场中汽相淀积金属，通过利用金属粉末的电泳现象，或通过在液体金属槽中浸涂陶瓷纤维进行。以申请人名义提交的专利EP 0 931 846中提出了这种涂敷过程，其中陶瓷纤维浸于液态金属中。根据这种过程能快速制造细丝。因此，就获得了复合细丝或带涂层细丝，这些细丝用作制造将包括于部件中的复合材料嵌件的基体。

在用于获得带有由金属合金基体复合材料制成的嵌件的部件的已知方法中，带涂层细丝随后由称为预成形体的工件形成。这种预成形体通过在两个绕着中央芯轴延伸的金属固定凸缘之间缠绕带涂层细丝而获得。缠绕工作按照螺旋方式进行，所获得的预成形体为盘片形式，其厚度为构成该预成形体的带涂层细丝的厚度。为了保证预成形体的粘结力，固定凸缘包括孔，通过该孔喷涂能提供结合功能的材料例如丙烯酸酯树脂。

图1示意性地示出了带有复合材料嵌件的部件的一个实施例。多个均为盘片形式的预成形体1叠放于圆柱形总体形状的容器2中。容器具有环形腔，垂直于容器的轴线4的环形腔3的截面形状为预成形体1的截面形状。预成形体1被叠放直至填满腔3的整个高度。通常，这样叠放80个预成形体。这一操作手动进行。

随后，需要进行除去结合剂操作，然后进行除气，以便从预成形体1上除去结合剂例如丙烯酸酯树脂。这是因为在冲压阶段期间，当冷却与加热时，必须保持无污染的元件与钛接触。

环形盖5置于容器2的顶部，其具有形状与环形腔的形状互补但轴向尺寸较小的突起6，突起6与上部预成形体1形成接触。盖子例如通过电子束焊接方法焊接于容器2上，所述组件优选地放置于真空中。在随后的步骤中，组件经受高温等静压处理。在这种操作期间，由并列的带涂层细丝组成的嵌件结构紧凑，带涂层细丝的金属护套通过扩散焊接在一起并且焊接于容器2的腔3的壁上，以便形成由金属合金(例如钛合金)组成的致密组件，陶瓷纤维(例如SiC纤维)在所述金属合金内呈环状延伸。

所获得的圆柱形部件包括由复合材料构成的嵌件，这通过压缩叠放的预成形体1而形成。任选地，这种部件可以经受应力松弛处理，使得可以补偿在组件冷却时陶瓷纤维与嵌入其中的金属之间的不均匀膨胀。

随后，一般对部件进行机加工以便获得最终的部件。

这种用于制造带有复合材料嵌件的部件的方法具有许多缺点，并且由于其步骤需要的长度、复杂性和精密度而难以大规模利用。

首先，由于陶瓷纤维为脆性，所以对带涂层细丝进行的操作必须首先防止它们之间的任何接触，并且焊接带涂层细丝至今难以想象。

此外，除去结合剂和除气操作不仅过程漫长，而且不存在将所有结合剂除去的必然性。特别是由于钛合金的正确的后续性能的需要，为了保证结合剂完全消失，需要若干除去结合剂和除气步骤。这就使该方法的总持续时间加长并且增加了总成本。

此外，如果细丝在正缠绕于两个凸缘之间时断裂，就必须形成新的预成形体，在目前情况下还没有解决这种问题再恢复缠绕的方法。

而且，在容器中定位带涂层细丝预成形体的步骤目前为手动方式。因此操作的成本，特别是操作的精确度受到影响。目前，在容器中定位带涂层细丝为制造程序中的关键因素，因为其决定了复合材料的性能，根据部件的主应力，对陶瓷纤维的取向具有巨大影响。在制造这种部件的各个步骤期间，通过保持陶瓷纤维的完整性，还决定了复合材料的质量。最后，也因为带涂层细丝的定位操作过程较漫长并且手动进行，所以其决定了部件的最终成本。因此，改进容器中的细丝的定位情况应当很有益。

与制造带有由复合材料制成的嵌件的部件相关的现有技术的方法提出了制造环形部件如转盘。已经设想制造带有由复合材料制成的嵌件的管状部件，特别是转轴，但是更大的技术困难阻止了这种制造的工业实施。已经设想出一种方法，其提出使在形成护套的两个芯轴之间沿纵向延伸的互相平行的带涂层细丝滑入护套中，然后使整个组件经受高温等静压处理。如果需要获得高密度的带涂层细丝，在末期的细丝的情况下，插入带涂层细丝即使不是不可能，也被证明是极其冗长乏味的。而且，细丝不正确定位的风险较高，这将会损坏细丝并且会导致部件的错误性能。还设想将带涂层细丝的预成形体在护套的整个长度上叠放，但是前文已经叙述了这种叠放的缺点。而且，理想的是陶瓷纤维不垂直于部件延伸，以便更好地吸收力。

发明内容

本发明的主题是容许制造管状部件如涡轮机转轴的过程，所述管状部件包括由复合材料制成的嵌件，所述过程能够大规模执行。

根据本发明，用于制造包括由金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件的过程，其中有陶瓷纤维延伸，其特征在于其包括覆盖步骤，其中由带涂层细丝构成的结合板绕着金属芯轴覆盖，每个细丝包括涂有金属护套的陶瓷纤维，并且细丝通过点焊而结合。

附图说明

通过阅读以下参考附图所进行的描述，将会更清楚地理解本发明并且将会清楚其它特征，其中：

图1是现有技术的用于获得带有复合材料嵌件的部件的操作的示意性透视图；

图2是用于制造由带涂层细丝构成的结合板的装置的示意图；

图3是从根据图2中装置的第一操作方式形成的板上方观察的示意图；

图4是从根据图2中装置的第二操作方式形成的板上方观察的示意图；

图5是位于垂直于带涂层细丝所延伸方向的平面中，在图2的装置的激光焊接模块处，用于将两个细丝焊接在一起的局部示意图；

图6是用于实现用于制造带有由复合材料制成的嵌件的管状部件的过程，带有倾斜端的由带涂层细丝构成的板的透视图，；

图7是将图6的板绕着芯轴铺设的透视图；

图8是用于在将板缠绕于芯轴上的初始处将由带涂层细丝构成的板焊接于金属支承件上的电弧焊装置的第一实施例的透视图；

图9是在用于将由带涂层细丝构成的板焊接于本申请中所述的支承件上的电焊过程中，作为时间的函数，在电极之间流动的电流强度的变化、由电极施加的压力的变化和板的压缩情况的变化的曲线图；以及

图10是在将板缠绕于芯轴上结束时的图8的装置的剖视图。

具体实施方式

先将对制造带涂层细丝的结合板的方法进行描述。

首先，根据已知方法之一生产多个带涂层细丝，优选地通过涂敷过程来生产，在该涂敷过程中，将陶瓷纤维浸入液体金属的槽中。这些细丝各自缠绕于线轴上。每个细丝具有例如0.2mm至0.3mm的直径。

参看图2，多个线轴7各自带有绕着其圆周缠绕的带涂层细丝8，置于线轴7的模块9上。该模块9使得可以将线轴7放置成使得它们能够在无须细丝8互相交叉的情况下朝着下文中给出的翘曲模块展开。在这种情况下，线轴模块9具有呈支承着线轴7的等腰三角形形式的结构，一半线轴7沿着三角形的一侧，另一半沿着另一侧，三角形的顶点指向灯丝8从线轴7展开的这侧，朝着位于形成线轴模块9结构的三角形的对称轴线上的点。

在另一个实施例中，每个线轴7可以支承一捆或一阵列的带涂层细丝。这样，为了形成由一百个带涂层细丝构成的板，可以使用十个线轴7，每个线轴7具有一捆十个绕着其圆周缠绕的带涂层细丝。

带涂层细丝8朝着翘曲模块10展开。此处该翘曲模块10示意性地并未详细地示出，因为本领域普通技术人员可获知其结构。它比得上用于编织领域的翘曲模块。翘曲模块10包括容许细丝8互相平行拉伸的导向装置，作为同一个平面中的层，彼此接触而不会相互重叠。目的是形成由彼此接触的并行细丝8构成的平板。

这样翘曲的细丝8被推至激光焊接模块11中。这个模块包括扁平支承件12，细丝8在扁平支承件12上方运动，激光焊接装置13安装于该支承件上方。细丝8因此被推过激光焊接装置13。整个组件最好包含于惰性气体环境中，例如通过喷嘴注入的氩气构成的环境。激光焊接装置13例如可包括掺杂钕的YAG(钇铝石榴石)激光，其相对于其功率及其激光束的冲击点而言具有高精度的优点，以及具有极准直射束的优点。激光此处最好具有介于2W与5W之间的功率。

在激光焊接模块11的下游，细丝8由模块17推动以便在支承件12上方从线轴模块9平移地拉动细丝8。该推动模块17在这种情况下包括旋转线轴17′，细丝8绕着线轴17′缠绕。线轴17’如箭头18所示旋转。这样，细丝8由推动模块17沿着翘曲模块10和激光焊接模块11从线轴模块9的其线轴7推动，整个组件形成了用于形成带涂层细丝8的结合板的装置55。结合板缠绕于推动模块的线轴17′上。

图5示出了剖面表示，其位于垂直于带涂层细丝8所延伸方向的平面中，在用于将两个细丝8焊接在一起的激光焊接模块11处。焊接使用激光焊接装置13通过点焊进行。每个细丝8通过多次点焊与其相邻细丝连接。如前所示，每个细丝8包括涂有金属护套15的陶瓷纤维14，例如由钛合金制成的金属护套15。激光束如箭头16所示指向两个连续细丝8之间的接触点的方向，垂直于包含沿着支承件12受推动的细丝8的所有轴线的平面。这导致其金属护套15局部熔化。使用的激光功率低但集中度高，以便确保陶瓷纤维14不受这种局部熔化的影响。最小体积的金属护套15被熔化。这足以保证细丝8在这一点上连接在一起。对焊接工艺参数进行优化以便使得由金属熔化产生的焊池并不流出。

重要的是激光束的方向沿着迭盖两个细丝8的点区域，垂直于细丝8的平面，以便使得其并不损坏陶瓷纤维14，在制造带有复合材料嵌件的部件的应用中，陶瓷纤维14的完整性是指定给其的操作所需的条件。

点焊缝不需要很强。它们的功能仅仅是确保细丝8总体固结或者相互固位以便形成结合板。这种固结的强度必须刚好足以容许板得到处理，并且可能缠绕和展开，以便例如构成带有复合材料嵌件的部件。因此焊接刚好将细丝8保持在一起。

图3和4示意性地示出了两种设想的激光焊接模块11的操作模式，在这种情况下用于形成包括十二个带涂层细丝8的板。

在图3中的操作模式中，当带涂层细丝8位于激光焊接装置13下方时，推动模块17停止以便留下静止的细丝8。然后焊接设备13沿着垂直于在焊接设备13下方延伸的方向的段在相邻的细丝8之间产生一组点焊缝。为此目的，焊接设备13在两个细丝8之间做出第一点焊缝19，如上文参看图5所述。然后它被停止并垂直于细丝8的延伸方向运动，以便与介于两个细丝8之间的下一个接触点成一直线，其将下一个接触点焊接成第二点焊缝19，诸如此类，直到所有细丝8已经沿着这个移动段结合在一起为止。因此，焊接设备13在焊接设备13下方垂直于细丝8的延伸方向做出一段点焊缝19。然后致动推动模块17以便使得细丝8延伸过长度“L”经过焊接设备13，随后在平行于第一个段的另一个段上重复操作。

在图4中所示的操作模式中，细丝8被在沿箭头20所示的延伸方向上连续地推动，这种运动通过推动模块17施加。焊接设备13执行与前文相同的操作，即焊接操作，然后沿着垂直于细丝8运动的方向20的路径朝着下一个点移动，等等，从第一细丝8直到最后一个，然后沿反向方式。如果细丝8的运动速度足够低，则可以在两个运动的细丝8之间焊接点焊缝19。因此在细丝8之间产生一组点焊缝19，其在由细丝8形成的板上方形成之字形。

还可以通过在焊接每个点焊缝19时停止推动模块17而获得这种之字形点焊缝19的分布，推动模块17在每个点焊缝19之间推动细丝8通过较短距离“L”，同时焊接设备13运动。

还可以进行以下操作，即细丝8的运动只在形成点焊缝19时减慢。

点焊缝19的这种分布的优点是其在由细丝8形成的板的表面上方具有更大的均匀性。

无论什么情况，在离开激光焊接模块11时，细丝8呈结合板的形式，它们在结合板内在保持点焊缝19处连接在一起。板缠绕于推动模块17的线轴17’上。

此处没有参考用于制造带涂层细丝8的结合板的过程的装配阶段。这个阶段可以由本发明所属领域的普通技术人员自由地修改，例如通过在过程开始时将细丝8缠绕于线轴17’上而进行，而不将它们连接在一起，因此最终缠绕的板的最内部分不是板形，或者例如通过在过程开始时使用另一种推动装置推动细丝以及通过在它们开始呈板形式时将它们连接于线轴17’上而进行。

在图3中所示的段构型的范围内的点焊缝19的段之间的距离“L”，或者说图4中所示的之字形构型中的两个连续的点焊缝19之间的纵长距离“L”，根据带涂层细丝8的板的所需刚性来设定。因此，对于刚性板，点焊缝19将密集，而对于柔性板，点焊缝19将更远离。当然可以想象点焊缝19的另一种分布构型。点焊缝19的构型和间距将根据结合板所要用于的应用选择，特别是如果它必须盘绕、扭转等等，而仍然按照最小间距以便保证整个组件在应用的限定条件之下保持粘合。与带涂层细丝8的板所要用于的应用相比，关于点焊缝19的分布的构型的规格较少依赖于过程本身。

由于激光焊接的执行速度及其精确度，可以在自动化系统中大规模地制造带涂层细丝8的结合板，细丝8连接在一起，以便实现刚刚描述的过程。因此快速地获得大量的带涂层细丝8的板----可以形成几千米的相同板----按照可以多种方式利用的形式。而且，板通过熔化细丝8的金属护套15结合在一起，因此无须加入材料，特别是无须加入结合剂如粘合剂，因此，在用于使用带涂层细丝形成带有复合材料嵌件的部件的更一般的过程中，使得可以消除所有的结合剂除去步骤。

现在将对根据本发明用于制造带有由金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件进行描述。

参看图6，因此形成了带涂层细丝8的板21，所述板此处包括十四个通过如图3中所示的形成板的方法紧固在一起的互相并行的细丝。因此，细丝8通过沿着互相平行并且垂直于板21的总体轴线23(即当细丝8按照线性方式延伸时垂直于细丝8的轴线)的段22延伸的点焊缝连接在一起。板21的端部倾斜以便获得宽度为“D”的板21的端段26、27，与板21的轴线23角度形成“α”。

参看图7，如此倾斜的板21被绕着圆柱形芯轴24覆盖或铺设。这个芯轴24为空心金属管，最好由与涂敷了带涂层细丝8的陶瓷纤维的金属相同的金属制成，此处由钛合金制成。其具有圆形外周长，该值等于板21的倾斜端部的宽度“D”。在覆盖之前，板21经过其端段之一绕着芯轴24的一端缠绕，然后成螺旋形绕着芯轴24覆盖，由于板21的轴线23与形成板21的倾斜端部的段26、27特别是段26之间的角度α，所以可以实现螺旋状覆盖，该段26预先绕着芯轴24的一端缠绕。板21的纵向边缘与芯轴24的轴线25形成角度β(其中β＝π/2-α)。板21全部绕着芯轴24覆盖，完全盖着其外表面，而板21的带涂层细丝8不互相迭盖。板21的纵向边缘在覆盖的每圈处连续地互相形成接触。最后，板21的设计及其倾斜的端段26、27使得其尺寸与芯轴24的展开面积相对应。

根据最终部件所需的由金属基体复合材料制成的嵌件的厚度而定，可以接连地绕着芯轴24覆盖多个板21。优选地，当一个板绕着前面的板21覆盖时，其在芯轴24的端部的初始位置使得一旦已经覆盖了新板，其带涂层细丝8中的每一个按照交错方式在前一板的两个带涂层细丝8之间延伸，从而确保组件的更好紧凑性。而且，可以使板21角度发生偏移以便使得，此外，它们的纵向边缘连接所沿着的曲线互相偏离，最好尽可能地远离(例如，限定了两个纵向边缘之间的接触的每个曲线可位于距离前板的两个邻近曲线等距处)。不言而喻，必须根据已经覆盖的板21的数量来调节每个新板21的尺寸。在已知单个细丝的尺寸、芯轴的周长和已经覆盖的层的数量的情况下，构成每个另加的板的细丝的数量可容易地计算出。优选地，板21最初位于和缠绕的芯轴24的端部具有形成了轴向止动器的边，其径向尺寸等于所有板21的厚度或者大于该厚度。同样的情况应用于另一端部。

角度α由本领域普通技术人员根据最终的部件将承受的应力和各种各样的应力(离心、拉伸、扭转、压缩等等。)模式确定。承担力的主要是陶瓷纤维，它们的取向和它们的分布对部件的性能具有关键影响。因此可以根据所述的应用修改角度α、带涂层细丝8的直径、陶瓷纤维的直径等等。在此处考虑的特殊情况中，α被设为45°。

任选地，如果许多板21绕着芯轴24覆盖，可以为这些板21提供不同的角度α。然而，在这种情况下推荐使用金属护套较厚的带涂层细丝8，以便正确地保护位于它们内的陶瓷纤维。

当板21的端部26绕着芯轴24的端部缠绕或者前板的端部缠绕时，在覆盖开始时，为了覆盖板21，如果这是最初的板21，后者就被紧固于芯轴24上，或者如果这是最终的板21，被紧固于前板上。覆盖继续进行，板21的另一端按类似方式紧固于整个组件上。优选地，通过两个电极之间的接触并且中频电流通路，使用接触焊方法来焊接板21的端部的薄带，随后将对接触焊方法进行介绍。可以采用任意其它方法。

根据另一种实施方法，板21可以优选地使用接触焊方法，通过两个电极之间的接触和中频电流通路，沿着相对于芯轴24的纵线焊在芯轴24或前板上，如后所述。

一旦已经绕着芯轴24覆盖了所需数量的板21，就将整个组件插入护套中，护套的内径等于该组件的外径。该护套最好由与涂敷了带涂层细丝8的纤维的金属合金相同的金属合金制成，此处由钛合金制成。护套与形成了芯轴24的轴向止动器的边互补，以便使得最好在其每一个端部处由圆形金属板堵塞的组件均一并且呈圆柱的形式。圆形板和护套最好通过电子束焊接方法焊接以便构成密封的容器。这些板最好由钛合金制成。电子束焊接容许在护套内部预先形成真空。形成的组件随后通过高温等静压处理压实。

在例如在1000巴的压力950℃的温度下进行的高温等静压处理期间，使得钛合金发生扩散并且形成复合材料的金属基体，陶瓷纤维在其内延伸。由于钛合金在高温下为粘性，所以在金属基体形成期间，其容许良好的材料扩散流，而不损坏陶瓷纤维。因此，在所述的特殊情况中，获得的轴具有与芯轴24一致的内部钛合金厚度、由具有钛合金基体的复合材料制成的中心嵌件和与护套一致的外部钛合金厚度，其中陶瓷纤维按照螺旋状方式在钛合金基体中延伸。

可以根据所需的最终部件对该轴进行机加工。优选地，除去轴的端部及金属板和板的任选轴向止动器边中的一个或两个，以便获得在其整个长度上均匀的轴。由于复合材料嵌件，所以这种轴具有对力的抵抗力很好的优点，这容许其壁的总厚度显著地小于常规型轴。这种小厚度意味着除了可观的重量减轻以外，尺寸更小，这对需要存在许多同心轴的应用很有用。轴还显示出很好的耐腐蚀性，因为此处其基体成分为钛合金，举例来说，其腐蚀性能超过钢。然而，在没有陶瓷纤维的情况下，钛合金对力的抵抗力将不够。

由于其执行的简单性和可靠性，所描述的过程可以大规模实施，如果使用如下所述通过激光点焊和电极接触焊形成板的方法，更是这样。我们已经看到，通过激光焊接形成的板具有强度大、而且强度可变、容易处理并且没有任何添加材料例如粘合剂的优点。这样省却了除去绕线器和除气操作并且使得只包含钛合金和陶瓷纤维的板可以直接被覆盖。

在用于制造带有复合材料嵌件的管状部件的上述过程中，有利的是，至少在过程开始和结束时，将板紧固于其所缠绕的金属支承件上，或者紧固于底层的板上。

迄今，用于紧固带涂层细丝的过程提出了将粘合剂喷涂于细丝上，这样的缺点如上所述。而且，一般避免包括焊接板的步骤的过程，因为它们遇到许多实施困难，最重要的一点是需要防止位于带涂层细丝内的陶瓷纤维受到任何损坏。这些纤维可具有100μm至200μm的直径，或者更大，并且按照弯曲和剪切时特别脆。对带涂层细丝的陶瓷纤维的任何损坏都会使这种细丝的固有优点无效。

如下所述是用于将一个带涂层细丝或者带涂层细丝的结合板或者一束带有涂层细丝局部焊接至金属支承件上的过程和装置，应当理解支承件是位于正确方向的金属支承件或者又一个带涂层细丝或者又一个板或者一束带涂层细丝。这种过程和这种装置容许细丝或者板或束紧固于支承件上，同时保持位于细丝内的陶瓷纤维的完整性。如果在缠绕或者铺设过程期间发生破坏，这个过程和装置还容许修理细丝。

参看图8，例如由用于形成板的上述过程形成的带涂层细丝8的板29定为结合于芯轴24上。为此目的，理想的做法是在开始缠绕时将板29紧固于芯轴24上。为此，使用了用于在两个电极之间焊接以及用于传送中频电流的接触焊装置31。带涂层细丝8沿着芯轴24的外周边延伸。板29此处包括十个细丝。

电弧焊装置31包括连接到正电极33和负电极34的中频发电机32。在图8所示的实施例中，正电极33和负电极34沿着芯轴24的轴线延伸。它们的横截面形状在其整个宽度上均匀一致。

例如由铜或钨制成的正电极33具有倾斜端部37。这个端部37的形状使得电流线最大限度地会聚以便在带涂层细丝8的正电极33与板29之间尽可能窄地沿着接触的线或带经过。该端部37带圆角以便不会剪切细丝8，这将会冒损坏它们的危险。该端部37的半径选择成使得电流线获得可能达到最好的会聚度，然而不会太小，以便不会剪切细丝8。

负电极34的形状也使得其与板29必须焊接于其上的芯轴24的接触面积减至最小，以便使得电流38的线尽可能窄地沿着线或带会聚。芯轴24的几何形状此处为管状，意味着可以使用圆柱形负电极34，从而减少与母体的接触面积，有利于电流线的会聚。

电极33、34的这种设置结构保证了板29随后沿着很窄的带焊在芯轴24上。在该带中，电流密度恒定不变。

电弧焊过程包括以下特定特征，即将对板29的金属的加热与轻微的锻造相结合，这通过压在板29上的电极33、34实现。加热与加压的功率和持续时间有利地受到控制，以便实现对金属的极小的加热及锻造，从而实现固态焊接。

板29通过电流在正电极33与负电极34之间流过板29和芯轴24而得到加热，由中频发电机32产生的电流受到控制。压力在此处通过压在其上的正电极33施加于板29上因而正电极具有第二功能，即加压的功能。其端部37的圆形形状为这种功能呈现其全部重要性，因为板29的细丝8一定不能受到剪切。

图9为曲线图，作为时间t的函数，以虚线曲线56示出了经过电极33和34之间的电流的强度的变化，以X轴上方的实线曲线57示出了由正电极33施加的压力的变化。还在X轴下方示出了实线曲线58，这样代表板29的压缩情况。

电弧焊过程的执行在下文中描述。如前所述，这是固态焊接过程。正电极33和负电极34分别与带涂层细丝8的板29和芯轴24的内表面接触。在第一阶段中，在两个电极33、34之间，只有压力施加于带涂层细丝8上。压力到达值P1，保持到时间t1。P1将最好介于50W与100W之间。这个“冷”加压阶段的功能是确保带涂层细丝8自身之间以及与芯轴24的壁之间都存在良好接触。在后来的情况中，其中至少两层带涂层细丝8焊接在一起，类似地，这个阶段期间的目的是确保证所有所述的细丝相互接触(一层细丝履行支承其它细丝的作用)。这种良好接触保证了在下一个阶段期间电流正确流动。

在第二阶段中，在时间t1处，在压力在P1保持恒定的同时，电流被升高至值I1。优选地，I1将介于500A与1500A之间。这加热了金属以用于涂敷带涂层细丝8的陶瓷纤维并且开始焊接过程。

在第三阶段中，在时间t2处，压力变为值P2，大于P1，以便对板29的带涂层金属线8实施另外的锻造。根据曲线58可以注意到，板29的压缩直到时间t2一直轻微且均匀，这时由于另外的锻造而增加，即由于电流的流动和更高的压力的联合作用而增加。随后进行焊接。

在第四阶段中，在时间t3之后，压力恢复降至其值P1。

在第五阶段中，从压力恢复其值P1的时间t4起，电流被重置为零，而压力保持在其值P1，以便当焊缝冷却时将其保持就位，直到时间t5，开始将由电极33、34施加的压力减少至零并且完成过程的最终阶段。

根据曲线58可以注意到，在第四、第五和最终阶段期间，板29的压缩可以通过弹性效应稍微减少(即板的厚度再次稍微增加)。压缩一般处于0.05mm至0.15mm的范围内。

因此，由于两个电极之间的这个接触焊过程，带涂层细丝8的金属护套受到局部地加热和焊接，并且在它们之间并与它们的支承件形成结合，如刚对于芯轴的外表面介绍的情况，沿着正电极33的端部37与板29之间的接触区域中的窄带形成结合。这种焊接的进行不会损害陶瓷纤维。更精确地说，经过中频电流导致局部温度，因此带涂层细丝8的护套的组成材料保持固态但是到达用于焊接(以及锻造)材料的温度范围，没有到达材料的熔点。由电极施加的力通常约为10DaN，容许启动焊接。因此，沿着该带，获得了统一厚度的金属，陶瓷纤维位于该金属内，所述纤维不会受到焊接操作的损害。

因此板29被紧固于芯轴24上，容许开始铺设过程。这种紧固不必很强----其为足够其所要用于的应用所需的焊接保持带，此处为用于将带涂层细丝8的板29铺设于芯轴24上。

参看图10，在铺设结束时进行相同的操作，以便将板29的端部焊接于板29的底层上，刚好位于其下方。采用的接触焊过程类似。由中频发电机32产生的电流和由正电极33施加的压力受到优化以便使得优选地只有板29的两个最外层焊接在一起，在窄的宽度上沿着焊接带宛如形成统一的层，两组位于该层内。并不排除将几层板29焊接在一起。这不一定必然伴有缺点。这是因为，如果铺设用来形成部件中的嵌件，则整个组件无论如何都将随后受到压实。尽管如此，能量水平仍然受到控制，以便控制焊接的板深度。电流从正电极33通过所有各层板29和芯轴24到负电极34。对于电流正确流动“冷”加压阶段保证了各层之间的接触。

还可以通过横向地应用装置而垂直于芯轴24的轴线形成焊接带。正电极33的倾斜端部37形状于是可为凹形，芯轴24转动以便绕着其端部的整个周边形成焊接带。

用于焊接一个或多个带涂层细丝的接触焊过程还使得可以想象如果细丝或者细丝的板或细丝束在正在缠绕或覆盖时断裂，就将其修复。在现有技术中，当细丝正在缠绕时，其断裂意味着必须停止缠绕过程，并且开始新的缠绕过程，已经缠绕和断裂的细丝就会失去。接触焊过程容许将细丝或者板的断头焊接在一起并且恢复缠绕或者覆盖操作。

Claims (9)

1.一种用于制造包括由金属基体复合材料制成的嵌件的管状部件的过程，其中有陶瓷纤维延伸，其特征在于其包括覆盖步骤，其中由带涂层细丝构成的结合板(21)绕着金属芯轴(24)覆盖，每个细丝包括涂有金属护套的陶瓷纤维，并且细丝通过点焊而结合。

2.根据权利要求1所述的用于制造管状部件的过程，其特征在于，板的倾斜端部绕着芯轴(24)的一端缠绕然后板以螺旋状方式绕着芯轴的圆周覆盖。

3.根据权利要求1或者2所述的用于制造管状部件的过程，其包括至少一个另外的步骤，即绕着已经覆盖的板铺设带涂层细丝的结合板。

4.根据权利要求1至3所述的任意一种用于制造管状部件的过程，其特征在于，芯轴(24)和带涂层细丝的结合板或板(21)被插入金属护套中并且整个组件通过高温等静压处理进行压实。

5.根据权利要求4所述的用于制造管状部件的过程，其特征在于，在高温等静压处理之前，将芯轴的每个端部焊在圆形的金属板上。

6.根据权利要求1至5所述的任意一种用于制造管状部件的过程，其特征在于，结合板或板(21)由用于制造板的过程形成，其中带涂层细丝(8)被推动模块并排地翘曲和推动经过激光焊接装置(13)，所述激光焊接装置(13)在相邻细丝之间形成点焊缝(19)。

7.根据权利要求1至6所述的任意一种用于制造管状部件的过程，其特征在于，使用在两个电极(33、34)之间的接触焊过程和中频电流通路将板紧固于芯轴或已经覆盖的板上，其中一个电极施加于板上而一个电极施加于其支承件上，并且使电流经过通过固态扩散而感生焊接。

8.根据权利要求7所述的用于制造管状部件的过程，其特征在于，在覆盖开始和结束时都在板的端部紧固板。

9.根据权利要求7或者8所述的用于制造管状部件的过程，其特征在于，板沿着纵向带紧固。

Images