DE3607699C2

DE3607699C2 -

Info

Publication number: DE3607699C2
Application number: DE3607699A
Authority: DE
Inventors: Dieter 8028 Taufkirchen De Kunzmann; Helmut 8013 Haar De Pertler; Helmut Dipl.-Ing. Seidl (Fh), 8152 Vagen, De
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-03-08
Filing date: 1986-03-08
Publication date: 1989-10-12
Also published as: US4811892A; JPS62248585A; FR2595280A1; DE3607699A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unlösbaren Befestigen von Bauteilen im Einspritzkopf von Raketenbrennkammern unter Anwendung eines Diffusionsschweißprozesses.

Aus der EP-OS 01 55 490 ist ein Verfahren zum Verbinden von Teil-Werk stücken aus Nickelbasis-Superlegierung bekanntgeworden, bei dem zwei Teil-Werkstücke aus verschiedenen Superlegierungen unter Zwischenschal tung einer 1-2 mm dicken Schicht aus einem Pulver ähnlicher oder glei cher Zusammensetzung wie die Werkstücke selbst zu einem monolithischen Ganzen durch Heißpressen nach dem Diffusionsfügeprozeß verbunden werden. Die Diffusion wird hier durch eine mittels starkem Druck hervorgerufene Verformung in der zu verbindenden Zone verbessert, weil die in der Berührungsfläche liegenden Kraftkomponenten ein "inniges" Durchkneten des Werkstoffes hervorrufen. Für Bauteile, bei denen durch Vorrichtungen oder durch Preßpassungen kein Druck übertragen werden kann, ist dieses Verfahren nicht verwendbar.

In der Zeitschrift "Der Praktiker" - 9/1976, Seiten 183 bis 185 ist allgemein das Diffusionsverfahren beschrieben. Hier erfolgt jedoch bei erhöhten Temperaturen eine wiederholte Aufschmelzung, was zu einer negativen Beeinflussung der Bindeebene führt.

Durch die DE-OS 34 24 225 der Anmelderin ist ein Verfahren zum unlösba ren Befestigen von Einspritzdüsen im Einspritzkopf von Raketenbrennkam mern bekanntgeworden. Aber auch hier erfolgen wiederholte Aufschmelzun gen bei erhöhten Temperaturen und beeinträchtigen die Bindeebene.

Der gesamte Stand der Technik hat jedoch nicht erkannt, daß man bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den sog. HIP-Prozeß zur Verbesserung des vorgeschalteten Diffusionsschweißprozesses einsetzen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu beheben und ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem Bauteile, auf die kein Druck über das anzufügende Element übertragen werden kann, optimal miteinander verbunden werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei spiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Bauteilverbindung bei einem Ein spritzkopf eines Raketentriebwerks, wobei einseitige Anliegeflä chen gegeben sind,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt einer Bauteilverbindung bei einem Ein spritzkopf eines Raketentriebwerks, wobei die Anliegeflächen als Bohrungen oder Nutkranz ausgebildet sind.

Bei dem in den Figuren der Zeichnung gezeigten Bauelement ist eine Druckübertragung beispielsweise durch Schrumpfspannungen oder entspre chende Vorrichtungen auf die Verbindungsflächen nicht möglich. Hierzu weist jedoch die vorliegende Erfindung einen erfolgreichen Weg, der beispielsweise gegenüber dem Elektronenstrahlschweißen eine Ersparnis von über 50% erbringt und zusätzlich eine risikoreichere Konstruktion erfordern würde.

Damit Bindeflächen durch heißisostatisches Pressen (HIP), beispielsweise durch ein Diffusionsverfahren miteinander zusammengefügt werden können, müssen sie gegenüber dem Druck durch irgendeine Maßnahme, beispielsweise durch Ummanteln - wie es die EP-OS 00 90 762 empfiehlt - oder Dicht schweißen etc. abgedichtet werden, um zu verhindern, daß der Druck in die Verbindungsebene eindringt und das Anliegen und Diffundieren der Bindeflächen verhindert.

Hierzu wird nun vorgeschlagen, die zu verbindenden Teile 10, 11 des Einspritzkopfes an den Verbindungsflächen 12 a, 12 b, 12 c und 12 d mit einer Schicht 15 aus Gold, Nickel-Phosphor oder Nickelbasisloten zu versehen. Diese Schicht kann die ganzen Verbindungsflächen überdecken, vielfach genügt aber auch eine nur teilweise Überdeckung. Weiterhin kann die Schicht auf nur einer der Verbindungsflächen oder aber auf beiden aneinander zu fügenden Flächen aufgebracht werden. Wesentlich ist, daß sie örtlich auf dem abzudichtenden Bereich 13 angebracht ist und zwar dergestalt, daß durch die Schwerkraft-Kapillarwirkung die Abdichtung erfolgt.

Ist die Schicht an den Fügeflächen bzw. Verbindungsflächen 12 a bis 12 c aufgebracht, so werden die Bauteile 10, 11 des Einspritzkopfes zusammen gebaut, d. h. bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in die Paßflächen eingesetzt. Hohlräume 14 a, die nach dem Zusammenbau gebildet werden, sind mit Entlüftungsbohrungen 14 versehen.

Die Schicht 15 ist metallurgisch so aufgebaut, daß ihr Schmelzpunkt unterhalb der für das heißisostatische Pressen erforderlichen Temperatur liegt, aber weiterhin die Eigenschaft besitzt, daß bei der HIP-Tempera tur ein "Wieder-Aufschmelzen" nicht erfolgt. Diese Bedingungen sind bei den angegebenen Metallen bzw. Legierungen gegeben.

Der Temperaturzyklus vor dem Prozeß ist nun so, daß durch das Aufbringen der Schicht 15 eine Abdichtung der Verbindungsfugen 13 erfolgt und gleichzeitig im weiteren Prozeßverlauf durch Abdiffundieren einzelner Komponenten dieser Schicht bzw. durch Diffusion mit dem Werkstoff der zu verbindenden Teile 10, 11 eine Schmelzpunkterhöhung dieser Schicht erfolgt, so daß die obenerwähnte Wieder-Aufschmelzung während des nachfolgenden HIP-Vorganges verhindert wird.

Nach der Abdichtung der Füge- bzw. Verbindungsflächen bzw. der erfolgten Zusammenfügung der beiden Teile 10, 11 des hier beschriebenen Einspritz kopfes wird dieser dem eigentlichen "heißisostatischen Preßvorgang" zugeführt. Dabei erfolgt dann durch die weitere Materialdiffusion über die Verbindungsflächen 12 a bis 12 d die eigentliche Diffusionsverbindung.

Damit ist aber ein Verfahren geschaffen worden, bei dem eine Drucküber tragung bei solchen Bauteilen ermöglicht wird, bei denen kein direkter Druck durch Vorrichtungen etc. auf die Verbindungsflächen aufgebracht werden kann.

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Verbindung der zwei zu verbindenden Bauteile 20, 21 skizziert. Diese Verbindung ist mit einer sogenannten Steckverbindung zu vergleichen. Hier ist das aufzusetzende Bauteil 20 mit einer konusartig spitz zulaufenden Einsatzpartie, die man als "Steckkranz" bezeichnen könnte, versehen, der in entsprechend konusarti ge Bohrungen bzw. einen Nutkranz oder Nutring des anderen Teils 21 eingesetzt wird. Das Beschichtungs- und HIP-Verfahren sowie der Verfah rensablauf ist derselbe, wie vorstehend beschrieben. Die Führung der Entlüftungsbohrungen 24 zu den Hohlräumen 24 a wird sich nach den jewei ligen Gegebenheiten und Erfordernissen richten. Die Schichten 25 sind in ihrer Dicke so abgestimmt, bzw. in µm-Stärke durch elektrochemische Verfahren aufgedampft, daß das Schichtmaterial durch einen Diffusions prozeß in den Grundwerkstoff diffundiert. Der ausgewählte Schicht-Werk stoff - wie eingangs schon angegeben - bildet mit dem Bauteilmaterial, d. h. mit dem Material der zu verbindenden Bauteile 20, 21 keine spröden Phasen. Durch Mischkristallbildung während der Diffusion mit dem vorge nannten Bauteilmaterial wird eine Festigkeitsteigerung in den Verbin dungszonen erreicht.

Claims

1. Verfahren zum unlösbaren Befestigen von Bauteilen im Einspritz kopf von Raketenbrennkammern unter Anwendung eines Diffusionsschweißpro zesses, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Verbindungsfläche (12 a bis c, 22 a) der zu verbindenden Teile (10, 11, 20, 21), mindestens der abzudichtende Bereich (13, 23), ganz oder teilweise mit einer metallischen Schicht (15, 25) versehen werden, deren Schmelzpunkt unterhalb der für ein heißisostatisches Pressen (HIP) erforderlichen Temperatur liegt,
b) diese Schicht (15, 25) vor oder nach der Zusammenfügung der zu verbindenden Teile (10, 11, 20, 21) aufgeschmolzen wird, wobei durch Diffusion mit dem Grundwerkstoff eine Schmelzpunkterhöhung der Schicht (15, 25) erzielt wird, so daß diese bei der HIP-Temperatur nicht aufgeschmolzen wird,
c) die dergestalt zusammengefügten Teile (10, 11, 20, 21) zur weiteren Materialdiffusion über die Verbindungsflächen (12 a bis c, 22 a) einem heißisostatischen Preßprozeß unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht (15, 25) aus Gold, Nickel-Phosphor oder Nickelbasis loten in Pulver-, Drahtform oder elektrisch oder elektrochemisch (galvanisch) oder durch Sputtern aufgebracht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Abdichtung der Verbindungsfugen (13, 23) der zu verbin denden Teile (10, 11, 20, 21) durch Aufschmelzen der metallurgischen Schicht (15, 25) erfolgt.