[发明专利]沟槽式柱面连接件真空扩散焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及沟槽式柱面连接件真空扩散焊接工艺领域。

背景技术

随着科学技术的深入发展，航空航天领域对结构件的性能参数要求越来越严格，对其加工工艺也提出了更高的要求，尤其是不希望结构件的焊接接头处的强度低而影响零件的性能。以火箭发动机为例，为了进一步增大推力，抑制燃烧振荡，喷嘴常采用沟槽式柱面连接结构。这种结构通常包括圆柱状内芯、与内芯配合的圆柱状外套、在内芯外壁上沿径向方向开的多条沟槽、相邻沟槽间形成的多条肋条，肋条尺寸为1mm左右；内芯与外套通过肋条连接起来。这种沟槽式结构的喷嘴，能够实现使用过程中的良好传热。但是，肋条与外套的焊接一直是难点，主要原因在于肋条尺寸小，焊接面强度较低；肋条数量多，难以进行高精度焊接。

采用传统的熔焊如电子束、激光焊等点焊方法，连接喷嘴内芯肋条和外套时，容易发生束流偏离肋条、堵塞通道的现象，引起流量反差过大，造成产品无法正常使用。采用电铸等方式，效率较低，且结构强度低，不适应批产要求。这种情况下多采用真空扩散焊。

文献“《扩散焊应用研究》，郭健，杨建民，江苏冶金，2003，31(5)：49-51”介绍了材料扩散焊技术在产品中的实际应用情况。真空扩散焊具有接头质量好、加工精度高、工件变形小、应用材料广泛等优点。但是，对零件待焊表面的处理和装配的要求较高，需要专门的真空焊接设备，需要通过机械或气体等方式施加外部压力，焊接热循环时间长。当零件结构为沟槽式柱面连接件时，由于肋条和外套为径向连接，采用传统的方式更是不能对两者施加压力，这成为制约真空扩散焊应用的一个重要因素。

由此，需要采用一种稳定、高效的真空扩散焊接工艺，生产沟槽式柱面连接件，保证肋条和外套焊接面质量，实现批量生产，提高生产效率，降低成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，对沟槽式柱面连接件连接工艺进行改进，提出一种新型真空扩散焊接工艺。该工艺简化了扩散流程，提供便捷的径向加压方式，提高了焊接接头质量，沟槽通道无堵塞，能够批量生产，具有良好的经济效果。

一种沟槽式柱面连接件真空扩散焊接工艺，包括以下步骤：1)加工铜制材料内芯和外套；2)制作压力施加工装；3)将加工好的铜制材料内芯和外套装入工装中，放入真空扩散焊炉中，进行真空扩散焊接；

上述步骤1)中包括：

步骤1.1)在铜制材料内芯上加工多条宽度为1mm左右的肋条；

步骤1.2)对外套与内芯配合加工，外套与内芯过盈配合，外套与内芯的配合面表面粗糙度在Ra1.6以上；

上述步骤2)中包括：

步骤2.1)采用低热膨胀系数的材料制作工装；

步骤2.2)根据外套外径的尺寸，在工装上加工一个或多个孔，孔与外套紧密贴合；

上述步骤3)中包括：启动加热系统，连接件随着炉温加热升温至800℃-950℃，并保温60min-120min。

所述步骤1.2)中外套与内芯配合面的加工角度为0°-3°。

所述步骤1.2)中在对所述外套与内芯配合加工前，对两者的配合面进行活性化处理。所述活性化处理为电镀、刷镀或者离子溅射。

所述步骤2.1)中工装材料为钨、钼、可伐合金、陶瓷或者石墨。

所述步骤3)中真空扩散焊炉为真空加热炉。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中焊接完成后，可根据需要对扩散焊喷嘴外型面进行加工，确保与图纸尺寸一致。

该沟槽式柱面连接件真空扩散焊接工艺的有益效果在于，利用升温过程中材料的热膨胀系数差异产生压力，能够沿径向很便捷的对肋条和外套施压，克服了传统外部压力方式径向不能施压的缺陷；内芯上的多条肋条和外套可以一次焊接完成，提高了生产效率；不会产生多余物堵塞通道影响流量，焊接接头质量好；不需要专门的真空焊接设备，普通的真空加热炉中即可实现；根据外套外径的尺寸，在工装上加工数个孔，在工艺成熟时，可实现批量生产。

附图说明

图1为喷嘴内芯示意图。

图2为真空扩散焊喷嘴示意图。

图3为压力施加工装示意图。

图4为焊后扩散焊接头金相图片，图4A为宏观照片，图4B为放大200倍显微组织照片。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明所述的沟槽式柱面连接件真空扩散焊接工艺作进一步描述。

实施例1：

1)加工T4紫铜内芯和外套：

i.在直径为Φ18，长度为40mm的T4紫铜内芯1上加工二十条宽度为1mm的肋条2。