[发明专利]一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法

说明书

本发明涉及一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法，空腔结构件的立筋及空腔结构件实体边缘具有锥度，即空腔结构件的空腔侧面具有锥度，空腔底面窄、开口处宽。焊接方法具体包括：待焊件制备；制备待焊件，加工后检查结构完整性，待焊接面边缘应无缺肉、圆角或倒角特征；待焊件预处理；止焊剂涂覆：在扩散焊夹具与待焊件接触的面上喷涂氮化硼止焊剂，并放置晾干；将扩散焊夹具与待焊件装配后放入真空扩散焊炉中；加压扩散焊接；焊后检查。本发明提高了界面区域的扩散焊合合微孔闭合驱动力，从而提高接头连接可靠性和制造符合性，实现空腔结构件的高性能制造。

技术领域

本发明属于航空发动机叶片制造技术领域，尤其涉及一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法，用于对合金叶片的对开扩散焊。

背景技术

与传统的实心结构件相比，空腔结构件具有等强减重、降低噪声、减振、隔热、传输冷却空气或加热燃气、传输燃油等功能，在航空、航天、化工、船舶、卫星等多个制造领域得到越来越广泛的应用。空腔结构件的制造方法很多，如铆接、螺栓连接等机械连接，电子束焊、氩弧焊等熔化焊连接、搅拌摩擦焊、钎焊、扩散焊等，其中扩散焊，因其接头与母材等强或接近母材强度、工艺稳定性高等优点，成为空腔结构件制造的首选方法。

扩散焊是一种将工件在一定温度和压力的作用下，在加压条件下使工件接触面发生局部塑性变形，发生金属原子间的连接和原子间的互相扩散从而实现两个工件的固态连接的方法。与更为人所知的超塑成型/扩散连接(SPF/DB)相比，对开扩散焊具有加工工艺路线简单、工艺可控性高、加工设备易于获得等优点，而得到越来越广泛的应用，如航空发动进进气机匣钛合金空心整流支板、可调叶片，飞行器舵组件，冲压发动机喷管，以及微通道装置等零件都采用了对开扩散焊制造。

扩散焊过程伴随有焊接界面微观塑性变形、界面两侧原子扩散、界面再结晶、接头宏观变形等现象。为实现扩散焊接头的高质量连接，多降低待焊件焊接面表面粗糙度、提高尺寸一致性，使得待焊件制造难度、成本攀升，难以满足工程应用要求。为了降低待焊件制造难度、成本，实际应用中更多采用了增大焊接接头压缩量的强扩散焊工艺规范，接头的加压方向压缩率可达到原始零件高度的5％以上。大压缩量扩散焊工艺规范的应用，降低了待焊件制备难度，使得对开扩散焊零件制造总体难度降低，从而具有了可市场化推广优势。

空腔结构件一般由实体外形、空腔和立筋构成，空腔是扩散焊前在待焊单件上加工形成凹槽，并经对开扩散焊形成封闭或半封闭空腔，但空腔在扩散焊后往往无法加工，空腔中的扩散焊接头原始边缘将被保留，如图1所示。目前，空腔结构件在采用大压缩量对开扩散焊时，存在以下问题：

(1)空腔型面制造符合性差，空腔中的扩散焊接头原始边缘鼓肚、立筋镦粗且上下宽度不一致，同时该种由于扩散焊压缩变形形成的接头形态突变，不仅使得零件增重，而且存在应力集中隐患。

(2)随着扩散焊压缩变形增大，接头界面的轴向压应力具有中心大、边缘小、整个面积分布不均的特点。大压缩量导致接头边缘的轴向压应力减小、横向向外压应力增大，使得接头边缘压缩塑性变形小于中心区域，最终扩散焊接头边缘形成焊合不良和微孔残留、焊缝张开缺陷，如图2-图3所示。

由于空腔结构件扩散焊后腔体内的原始扩散焊缝无法加工，对开扩散焊接头缺陷将成为结构件的固有缺陷，最终成为制约其高性能制造的薄弱环节，尚无法满足先进飞行器零组件的长寿命、高可靠性使用需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种腔体结构件对开扩散焊接头及焊接方法，通过利用带锥度的扩散焊接头在加压扩散焊中的压缩塑性变形行为，改善扩散焊界面在焊接过程的应力状态，以避免扩散焊接头边缘形成焊合不良和微孔残留、焊缝张开缺陷，获得截面宽度均匀的扩散焊接头，提高接头连接可靠性和制造符合性，利于空腔结构件的高性能制造和长寿命服役。

空腔结构件的立筋及空腔结构件实体边缘具有锥度，即空腔结构件的空腔侧面具有锥度，空腔底面窄、开口处宽。