液體火箭發動機燃燒室的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航天飛行器動力裝置，具體地指一種液體火箭發動機燃燒室的制造方法。
【背景技術】
[0002]液體火箭發動機是航天飛行器的動力裝置，由噴注器、燃燒室和尾噴管等主要部分組成。燃燒室是氧氣和燃料氣體的燃燒場所，是液體火箭發動機系統中的重要部件，兩端分別連接著噴注器和尾噴管。目前，液體火箭發動機燃燒室均采用導熱性能良好的銅合金內壁和高溫強度良好的不銹鋼材質外壁組成，其結構如一個沙漏形腔體，見附圖1所示，燃燒室的內壁外型面上加工有許多超低溫液體燃料自循環冷卻通道，超低溫液體燃料在冷卻通道內吸熱氣化和自循環冷卻。
[0003]傳統的液體火箭發動機燃燒室制造工藝中，較早期的是電鑄工藝，后來多采用釬焊工藝。液體火箭發動機燃燒室的電鑄工藝，是在銅合金內壁外表面上電鍍鎳，對不需要鍍鎳的冷卻槽型面進行保護，但電鑄工藝的加工工藝復雜，每小時電鑄0.02?0.05mm，鑄到一定厚度再把表面車平再鍍，電鑄周期長達6個月，成本高昂。液體火箭發動機燃燒室釬焊工藝是在銅合金內壁外表面的冷卻槽的凸筋上鋪設銅釬焊料，在加熱后釬料熔化將內外壁焊接，其焊接強度低，零件加工精度要求高，工藝復雜，可靠性差。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是要克服現有技術所存在的不足，提供一種導熱性能良好的銅合金內壁和高溫強度良好的不銹鋼材質構成的液體火箭發動機燃燒室的制造方法。
[0005]為實現上述目的，本發明所設計的液體火箭發動機燃燒室的制造方法，它包括如下步驟:
[0006]I)對內壁上連接噴注器一端的內壁前密封端面和連接尾噴管一端的內壁后密封端面，以及位于所述內壁前密封端面和內壁后密封端面兩個端面之間內壁的內壁外型面進行精加工處理，所述內壁外型面上設置有液體燃料自循環冷卻通道；
[0007]2)在所述內壁前密封端面上和內壁后密封端面上，以及位于所述內壁前密封端面和內壁后密封端面兩個端面之間內壁的內壁內型面上，預留擴散連接后的精加工余量，單邊余量為0.5?1.0mm ；
[0008]3)對外壁上連接噴注器一端的外壁前密封端面和連接尾噴管一端的外壁后密封端面，以及位于所述外壁前密封端面和外壁后密封端面之間外壁的外壁內型面，進行精加工處理；
[0009]4)在所述外壁前密封端面上和外壁后密封端面上，以及位于所述外壁前密封端面和外壁后密封端面兩個端面之間外壁的外壁外型面上，預留擴散連接后的精加工余量，單邊余量0.5?1.0mm ；
[0010]5)對內壁和外壁進行預處理時，對內壁外型面以及外壁內型面洗凈后采用150?200°C真空烘干脫水處理；
[0011 ] 6)將烘干脫水處理后的內壁從其直徑最小的腰截面處分成第一段內壁和第二段內壁兩段，將所述第一段內壁和第二段內壁分別相應套接入所述外壁內側，后放入真空擴散連接設備內進行連接處理，連接后形成燃燒室，所述真空擴散連接設備內的真空度小于6X l(T2Pa，真空擴散連接溫度為760?860°C，連接處理時間為60?90min ；
[0012]7)對真空擴散連接后的燃燒室進行缺陷的檢測；
[0013]8)對檢測合格的燃燒室進行精加工；
[0014]9)按照燃料再生冷卻的工作壓力的1.2?L 8倍壓力，對燃燒室壁內的液體燃料自循環冷卻通道進行水壓強度試驗，觀察零件外觀有無變形和泄漏；
[0015]10)對燃燒室內的液體燃料自循環冷卻通道以及燃燒室的內外各表面清洗晾干即可。
[0016]進一步地，步驟8)中，所述精加工時，對內壁內型面和外壁外型面進行精加工，保證加工誤差小于0.005mm。
[0017]更進一步地，步驟6)中的連接處理時，向內壁腔體內放入膨脹芯模，所述膨脹芯模中部設置有壓緊螺栓，擰緊所述壓緊螺栓兩端的螺母擠壓膨脹芯模的側壁膨脹徑向產生壓力向外擠壓內壁，使內壁與外壁之間進行擴散連接；優選地，步驟6)中，所述膨脹芯模外側各接觸面涂刷石墨粉并晾干，涂刷厚度為0.05?0.1Omm,以防止高溫擴散時粘模。
[0018]再進一步地，步驟6)中，所述內壁與外壁真空擴散連接后在真空狀態下隨爐冷卻至300°C以下再出爐自然冷卻至室溫，以消除應力、防止氧化。
[0019]本發明的燃燒室內壁和外壁通過在真空狀態下的加熱、加壓，使材料達到原子間的擴散連接。如此擴散連接強度高，接頭處的強度大于母材強度，通過擴散連接后的拉伸試驗，斷裂處一般在材料強度低的母材上。擴散連接效率高，可靠性好，所有連接面可一次連接完成。同時，該制造方法操作簡單、加工效率較高，擴散連接可在一天內完成，較傳統的電鑄工藝和釬焊工藝均提高效率十倍以上。
【附圖說明】
[0020]圖1為液體火箭發動機燃燒室的結構示意圖。
[0021]圖2為圖1中E處結構放大示意圖。
[0022]圖3為內壁的結構示意圖。
[0023]圖4為置入膨脹芯模進行擴散連接狀態的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖和具體實施例對本發明的液體火箭發動機燃燒室的制造方法作進一步的詳細說明。
[0025]實施例1
[0026]針對某型號液體火箭發動機燃燒室其結構如圖1和圖2所示呈沙漏形，為銅合金內壁與不銹鋼外壁，其外形最大直徑處為連接噴注器端口直徑d為460mm，長度H為560mm，其燃燒室的制造方法包括以下步驟:
[0027]I)對內壁I，結構如圖3所示，連接噴注器一端的內壁前密封端面A和連接尾噴管一端的內壁后密封端面C，以及位于內壁前密封端面A和內壁后密封端面C兩個端面之間內壁的內壁外型面W進行精加工處理，內壁外型面W上設置有液體燃料自循環冷卻通道3 ;
[0028]2)在內壁前密封端面A上和內壁后密封端面C上，以及位于內壁前密封端面A和內壁后密封端面C兩個端面之間內壁的內壁內型面P上，預留擴散連接后的精加工余量，單邊余量為0.5mm ；
[0029]3)對外壁2上連接噴注器一端的外壁前密封端面Al和連接尾噴管一端的外壁后密封端面Cl，以及位于外壁前密封端面Al和外壁后密封端面Cl之間外壁的外壁內型面Pl，進行精加工處理；
[0030]4)在外壁前密封端面Al上和外壁后密封端面Cl上，以及位于外壁前密封端面Al和外壁后密封端面Cl兩個端面之間外壁的外壁外型面Wl上，預留擴散連接后的精加工余量，單邊余量0.5mm ；
[0031]5)對內壁I和外壁2進行預處理時，對銅合金內壁外型面W以及不銹鋼外壁內型面Pl堿洗除油、酸洗除銹和清水沖洗，沖洗后采用150°c真空烘干脫水處理，并在0.5小時內放入真空擴散連接設備內進行真空擴散連接；
[0032]6)將烘干脫水處理后的內壁I從其直徑最小的腰截面B處分成第一段內壁11和第二段內壁12兩段，將第一段內壁11和第二段內壁12分別相應套接入所述外壁2內，后放入真空擴散連接設備內進行連接處理，連接后形成燃燒室；
[0033]連接處理時，向內壁I腔體內放入膨脹芯模4，膨脹芯模4的前端部分從第二段內壁12的前密封端面A端的端口放入，后端部分從第一段內壁11的后密封端面C端的端口放入。膨脹芯模4中部設置有壓緊螺栓5，擴散連接時，擰緊壓緊螺栓5兩端的螺母6擠壓膨脹芯模4的側壁膨脹徑向產生壓力向外擠壓內壁1，使內壁I與外壁2之間進行擴散連接；膨脹芯模4外側各接觸面涂刷石墨粉并晾干，石墨粉采用酒精調和，涂刷厚度為0.05mm,以防止高溫擴散時粘模。擴撒連接時，真空擴散連接設備內的真空度為5 X 10_2Pa，真空擴散連接溫度為760V，連接處理60min。其中，膨脹芯模4型面與內壁內型面間隙值小于0.05mm，以保證芯模型面與內壁型面加壓后充分貼合，內壁與外壁真空擴散連接后在真空狀態下隨爐冷卻至300°C以下出爐，以消除應力并防止氧化；
[0034]7)對真空擴散連接后的燃燒室7采用常規的超聲