Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具，屬于焊接技術領域。
【背景技術】
[0002]Ti3Al基合金具有低密度、較高的彈性模量、高比強度、抗氧化及高溫性能好等特點，并且其工作溫度較鈦合金工作溫度高，因此在航空、航天、兵器等領域具有廣闊的應用前景。此外，該合金還可以部分替代高溫合金使構件減輕約40%，從而對提高航空發動機的推重比和航天飛行器的有效射程及有效發射載荷具有重要意義。
[0003]目前，在我國新型航空發動機導葉內環(直徑約Φ600mm左右)的研制上需要將高溫合金蜂窩與Ti3Al導葉內環安裝邊進行連接(圓周焊縫的直徑約為550mm?590mm)，連接接頭需要滿足650°C條件下的使用要求。由于這兩類材料的物理性能和化學成分差異大，并且蜂窩屬于非常規結構，采用常規的熔焊方法難以實現連接，通常需要采用釬焊等特種連接方法。
[0004]同種材質(如高溫合金、鈦合金等)的蜂窩與環體連接時不存在熱膨脹系數不匹配問題，因此常用的裝配方法是將箔帶或粘帶釬料置于被焊面之間，之后利用儲能點焊機進行點焊定位，焊接過程中無需利用其它夾具進行固定(楊爍，杜靜，李文學.重型燃機蜂窩結構真空釬焊工藝技術研究.中國新技術新產品，2011，(24): 185;陳娜，盧威.蜂窩嚴封件釬焊工藝研究.熱加工工藝，2013,42(9):238-239.)。而對于高溫合金蜂窩與Ti3Al基合金環體的異種材料連接而言，這兩種材料由于熱膨脹系數不匹配在釬焊后的冷卻過程中接頭區域存在很大的殘余應力，嚴重時會導致接頭直接開裂(陳波，熊華平，毛唯，程耀永.采用T1-Zr-Cu-Ni真空釬焊Ti3AVTi3Al和Ti3Al/GH536接頭組織及性能.航空材料學報，2010，30
[5]:35-38.)，這種現象對于大尺寸零件而言更為嚴重。
[0005]有研究者將稀土元素La加入到鈦基釬料中用于釬焊Ti3Al與GH536，結果表明，少量La的加入可以改變釬料的組織，并且提高了接頭的力學性能(許鵬，康慧，曲平.鑭對鈦基釬料釬焊Ti3Al和GH536的影響.中國稀土學報，2007 ,25(2): 253-256.)。還有研究者采用T1-15Cu-15N1、T1-20Cu-20N1、T1-15Cu-25Ni三個成分釬料對Ti3Al基合金自身進行了真空釬焊研究，獲得了較高性能水平的接頭(C.H Cadden , N.Y.C.YangandT.H.Headley.Microstructural Evolut1n and MechanicalProperties of BrazeJoints in T1-13.4A1-21.2Nb.Welding ResearchSupplement，1997(8)，316_s?325_s)0何鵬等采用NiCrSiB釬料在1000-1100°C/1?30min條件下進行了Ti3Al基合金的釬焊研究，其獲得的接頭最高剪切強度是240_250MPa(P.He，J.C.Feng，H.Zhou.Microstructure andstrength of brazed joints of TisAl-base alloywith NiCrSiB.MaterialsCharacterizat1n，2004,52:309?318)。上述僅是對于試樣級別的接頭進行了基礎性的研究，關于較大尺寸的實際零件的連接研究未見報道。
[0006]采用釬焊方法連接Ti3Al基合金與高溫合金蜂窩結構時，需要重點解決兩個問題。一是合理設計釬料成分，釬焊時應避免釬料對兩種母材的溶蝕，保證接頭界面冶金質量良好，同時接頭還應具備較高的室、高溫強度；另一方面，在Ti3Al與高溫合金蜂窩接頭中，由于這兩種材料熱膨脹系數不匹配存在很大的殘余熱應力，嚴重時導致接頭在焊后直接開裂，因此釬焊過程中應盡量采取有效措施緩解接頭應力。為了促進Ti3Al與高溫合金蜂窩結構在航空、航天、兵器等領域的工程應用，亟需解決上述技術難題。
【發明內容】
[0007]本實用新型針對上述現有技術狀況，從緩解Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩接頭中的殘余熱應力入手，設計了一種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具，其目的是有效避免了這兩種材料在釬焊過后接頭界面直接開裂的問題。
[0008]本實用新型的目的是通過以下技術措施來實現的:
[0009]該種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具，其特征在于:該夾具為分體式夾具，由“C"字主體(1)、施壓螺釘(2)、彈性加壓墊片(3)和弧面壓片(4)組成，由高溫合金蜂窩
(5)和Ti3Al導葉內環(6)組成的待焊體的底部放置在“C”字主體(I)的內凹型面的下端面上，“C”字主體(I)的內凹型面的上端面加工有用于安裝施壓螺釘(2)的螺紋孔，施壓螺釘(2)的下端通過彈性加壓墊片(3)將壓力作用在弧面壓片(4)的上部，弧面壓片(4)的底部與待焊體的上部貼合在一起；
[0010]“C”字主體(1)、施壓螺釘(2)和弧面壓片(4)的材料為不銹鋼，弧面壓片(4)的厚度為5mm?10mm，彈性加壓墊片(3)的材料為純鉬或鉬合金，厚度為0.2mm?0.5mm，施壓螺釘(2)的規格為M4?MlO。
[0011 ]本實用新型夾具的優點和有益效果是:
[0012]該夾具通過鉬彈片的作用，可以在零件升溫、保溫和降溫過程中始終保持壓力，在該壓力作用下，可抑制高溫合金蜂窩在釬焊過后冷卻過程中的正常收縮，保證其與Ti3Al材料同步收縮，從而有效降低了由于這兩種材料熱膨脹系數不匹配帶來的接頭應力過大甚至直接開裂的風險。具體如下:
[0013]一、零件在裝配之后，在鉬彈性墊片的作用下，保證了高溫合金蜂窩與Ti3Al導葉內環之間的緊密接觸，利于在接頭位置形成圓角；
[0014]二、由于鉬或鉬合金墊片在高溫下不會發生軟化，在1100°C以下始終具有良好的剛度，因此夾具在整個釬焊過程中均具有壓力，在該壓力作用下，可抑制高溫合金蜂窩在釬焊過后的冷卻過程中的正常收縮，保證其與Ti3Al材料同步收縮，從而降低了由于這兩種材料熱膨脹系數不匹配帶來的接頭應力過大甚至直接開裂的風險；
[0015]三、適應性強，由于導葉內環組件釬焊時的工裝由多套分體式工裝夾具組成，因此可用于釬焊不同尺寸的Ti3Al導葉內環，或同一導葉內環不同位置的蜂窩；另外，分體式夾具對零件的拘束度小，釬焊過程中不會對蜂窩造成損傷以及零件變形。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型所述夾具的結構及與Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊裝配的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下將結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步地詳述:
[0018]參見附圖1所示，該種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具由“C”字主體
(1)、施壓螺釘(2)、彈性加壓墊片(3)和弧面壓片(4)組成，由高溫合金蜂窩(5)和Ti3Al導葉內環(6)組成的待焊體的底部放置在“C”字主體(I)的內凹型面的下端面上，“C”字主體(I)的內凹型面的上端面加工有用于安裝施壓螺釘(2)的螺紋孔，施壓螺釘(2)的下端通過彈性加壓墊片(3)將壓力作用在弧面壓片(4)的上部，弧面壓片(4)的底部與待焊體的上部貼合在一起；
[0019]“C”字主體(1)、施壓螺釘(2)和弧面壓片(4)的材料為不銹鋼，弧面壓片(4)的厚度為5mm?10mm，彈性加壓墊片(3)的材料為純鉬或鉬合金，厚度為0.2mm?0.5mm，施壓螺釘
(2)的規格為M4?MlO。
[0020]使用時，將被焊的Ti3Al導葉內環6與高溫合金蜂窩5、工裝夾具的各個部分置入清洗劑中進行超聲清洗，清洗時間為I Omin?30min，然后利用流動的清水進行沖洗，去除表面油污和臟污；
[0021]再將釬料置于Ti3Al導葉內環6被焊面與高溫合金蜂窩5之間，之后將弧面壓片4擺放在高溫合金蜂窩5上端，中間用云母紙進行隔離;在弧面壓片4的上方放置“[”字形狀的彈性加壓墊片3，然后一起放置在“C”字主體(I)的內凹型面內，旋動施壓螺釘2對彈性加壓墊片3進行加壓，使得彈性加壓墊片3發生彈性變形。最后對裝配好的待焊體置入真空爐中進行釬焊。
[0022]經過檢測，采用該分體式工裝夾具較采用整體式夾具或不采用夾具的接頭質量明顯改善，消除了接頭中的裂紋，同時保證了釬焊圓角飽滿，這對提高組件接頭性能是十分有利的。
【主權項】
1.一種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具，其特征在于:該夾具為分體式夾具，由“C”字主體(1)、施壓螺釘(2)、彈性加壓墊片⑶和弧面壓片⑷組成，由高溫合金蜂窩(5)和Ti3Al導葉內環(6)組成的待焊體的底部放置在“C”字主體(I)的內凹型面的下端面上，“C”字主體(I)的內凹型面的上端面加工有用于安裝施壓螺釘(2)的螺紋孔，施壓螺釘(2)的下端通過彈性加壓墊片(3)將壓力作用在弧面壓片(4)的上部，弧面壓片(4)的底部與待焊體的上部貼合在一起； “C”字主體(I)、施壓螺釘(2)和弧面壓片(4)的材料為不銹鋼，弧面壓片(4)的厚度為5mm?10mm，彈性加壓墊片(3)的材料為純鉬或鉬合金，厚度為0.2mm?0.5mm，施壓螺釘(2)的規格為M4?Ml O。
【專利摘要】本實用新型是一種Ti3Al導葉內環與高溫合金蜂窩釬焊用夾具，該夾具為分體式夾具，由“C”字主體(1)、施壓螺釘(2)、彈性加壓墊片(3)和弧面壓片(4)組成，由高溫合金蜂窩(5)和Ti3Al導葉內環(6)組成的待焊體的底部放置在“C”字主體(1)的內凹型面的下端面上，“C”字主體(1)的內凹型面的上端面加工有用于安裝施壓螺釘(2)的螺紋孔，施壓螺釘(2)的下端通過彈性加壓墊片(3)將壓力作用在弧面壓片(4)的上部，弧面壓片(4)的底部與待焊體的上部貼合在一起；該夾具通過鉬彈片的作用，可以在零件升溫、保溫和降溫過程中始終保持壓力，保證其與Ti3Al材料同步收縮，從而有效降低了由于這兩種材料熱膨脹系數不匹配帶來的接頭應力過大甚至直接開裂的風險。
【IPC分類】B23K3/08, B23K37/04
【公開號】CN205200764
【申請號】CN201521010598
【發明人】陳波, 鄒文江, 程耀永, 熊華平
【申請人】中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月8日