專利名稱：多層冷凝器壁板及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種冷凝器技術(shù)領(lǐng)域的壁板結(jié)構(gòu)及其制造方法，具體是一種兩層或三層冷凝器壁板的制造工藝。
背景技術(shù)：
宇航裝置中的冷凝器按照儀表和特殊要求安裝在艙室的內(nèi)外表面，這些部位必須承受規(guī)定的溫度規(guī)范。因此，由這些壁板結(jié)構(gòu)重復(fù)建成圓柱體型內(nèi)外部薄殼體并形成溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的裝置。冷凝器壁板結(jié)構(gòu)上要求兩層無縫連接，在長(zhǎng)度上相鄰兩部分之間要有溝槽，以便熱介質(zhì)循環(huán)(圖Ia)。溝槽截面具有規(guī)定幾何形狀。對(duì)兩層壁板使用材料為鈦合金 TC3，冷卻片的厚度為I I. 5mm。制造壁板傳統(tǒng)工藝過程包括兩層板在軋制中連接，由于軋制連接不能保證在焊接條件下的溝槽幾何尺寸，造成在以下工序中報(bào)廢率達(dá)到70 80%。在連接處用軋制、鉚接或熔化焊接，這就大大降低了壁板連接處的精度，同時(shí)也降低了壁板的力學(xué)性能，這樣的工藝組成壁板結(jié)構(gòu)件的零件也多了很多。無疑，多耗了貴重的鈦合金材料，增加了制造成本。在冷凝器三層壁板中，冷凝器的功能被制成三層波浪形壁板(圖Ib)。這里，用于溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的通常為液態(tài)氮。此外，這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成了主整流罩的外殼。模具結(jié)構(gòu)是波浪形圓柱體、錐體或梯形柱體外殼，用鉚釘與殼體內(nèi)部平滑連接，用氬弧焊與殼體外部連接。 焊縫的極限密封水平限制在零件的使用期限內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)大大地增加了鉗工的鉚接工作量。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN101148000，
公開日2008_03_26， 記載了一種“高溫鈦合金復(fù)雜溝槽結(jié)構(gòu)面板與法蘭液相擴(kuò)散連接方法”，該技術(shù)包括以下步驟(I)對(duì)被焊件高溫鈦合金復(fù)雜溝槽結(jié)構(gòu)面板和法蘭進(jìn)行焊前表面處理；(2)將中間層材料點(diǎn)焊于面板或法蘭的表面；(3)將被焊件安裝在焊接夾具上；(4)放置在真空爐內(nèi)，被焊接件升溫至連接溫度后中間層材料熔化形成液態(tài)、保溫，低于連接溫度時(shí)中間層材料與被焊接件表面凝固，在凝固后擴(kuò)散處理溫度時(shí)保溫，隨爐冷卻。但是該現(xiàn)有技術(shù)采用熔化焊接，毋容置疑，在焊縫處，嚴(yán)重?fù)p害了材料的力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性降低明顯；且沿著焊縫留下了應(yīng)力腐蝕源，從而降低了抗應(yīng)力腐蝕壽命。該方法所制波浪形溝槽尺寸精度難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種多層冷凝器壁板及其制造工藝， 在一個(gè)工位上在兩層板間氣體壓力作用下，用擴(kuò)散焊接工序并用板間所供壓力氣體成形溝槽。因此，溝槽分布精度及其幾何形狀只有由模具來確定，精度得以大幅度提高，并且在固相中的擴(kuò)散焊接沒有破壞材料的組織，達(dá)到與母體材料等強(qiáng)度，以保證高水平腐蝕壽命及幾何形狀。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明涉及一種多層冷凝器壁板的制造工藝，通過在毛坯表面進(jìn)行預(yù)處理后，經(jīng)加熱后進(jìn)行氣體壓力成形處理，最后經(jīng)二步冷卻完成工藝過程。所述的毛坯是指經(jīng)切割、脫脂除油、酸洗、清水漂洗以及烘干的鈦合金板材。所述的鈦合金是指TC3鈦合金、TC16或鈦合金1911。所述的預(yù)處理是指將兩層毛坯的對(duì)應(yīng)溝槽位置進(jìn)行防擴(kuò)散涂層處理，或三層毛坯翻轉(zhuǎn)板疊后用電子束進(jìn)行焊接固定。所述的防擴(kuò)散涂層是指將鈦含量約80%的氮化鈦，在500°C真空爐內(nèi)施涂于對(duì)應(yīng)板坯溝槽表面；所述的加熱是指將毛坯和模具一并置于875 930°C環(huán)境下加熱；具體為對(duì)兩層冷凝器壁板為在900 930°C，I. 3X KT7MPa的真空環(huán)境下加熱不超過 200分鐘，然后通入氬氣并達(dá)到4 4. 5MPa壓力環(huán)境下保持40 50分鐘，在壓力支撐下對(duì)兩層板進(jìn)行擴(kuò)散焊接；對(duì)三層冷凝器壁板為在875 930°C環(huán)境下通入氬氣，并在10 15MPa的氬氣環(huán)境下加熱不超過300分鐘。所述的氣體壓力成形處理是指緊密閉合模具并在氬氣環(huán)境下使得氣體供給轉(zhuǎn)到毛坯溝槽成形處，即在875 930°C以及I I. 5MPa的氣體壓力下成形20 30分鐘，具體為對(duì)兩層板坯在900 930°C以及I I. 5MPa的氬氣氣體壓力下成形20 30分鐘；對(duì)三層板坯在875 930°C以及I I. 5MPa的氬氣氣體壓力下成形20分鐘并保壓10 15分鐘。所述的二步冷卻是指先在充滿氬氣的密閉模具中在200 300分鐘內(nèi)冷卻到 200°C，然后打開模具并在20-30分鐘內(nèi)常壓環(huán)境下冷卻到70°C。本發(fā)明涉及上述工藝制備得到的多層冷凝器壁板，該壁板上包含若干條平行且由氣體吹制而成的通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)與模具凹面相匹配。所述的通道結(jié)構(gòu)中兩層壁板的通道結(jié)構(gòu)為圓柱體；三層壁板的通道結(jié)構(gòu)為波浪形圓柱體、錐體或梯形柱體。所述的梯形柱體的剖面中底邊長(zhǎng)度高度等于2。與傳統(tǒng)的制造方法相比較，由于采用新的結(jié)構(gòu)和工藝，零件連接部位的強(qiáng)度增加 30 50% ;零件的材料消耗減少20 30% ;由于去除了熔化焊接和鉚接工序，連接處的精度提高2 4倍；零件數(shù)量減少到1/5 1/10 ;由于合并了制造工序制造勞動(dòng)量減少了 1/2 2/3，并且減少了裝配和精加工工作量。


圖I為現(xiàn)有壁板示意圖；圖中a為兩層冷凝器壁板；b為三層波浪形的壁板。圖2為本發(fā)明兩層冷凝器壁板示意圖；圖3為本發(fā)明三層鈦合金制造的波形壁板示意圖；圖中a為鈦合金TC16，b為鈦合金1911。
圖4為實(shí)施例兩層冷凝器壁板成形工序流程圖；圖中i)為步驟2 ；ii)為步驟5 ；iii)為步驟6和7。圖5為實(shí)施例三層冷凝器壁板成形工序流程圖；圖中i)為步驟2 ；ii)為步驟4 ;iii)為步驟5、6和7。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例I制備兩層鈦合金冷凝器壁板如圖2和圖4所示，本實(shí)施例為以下步驟I.備料(切割，脫脂除油，酸洗，清水漂洗，烘干)按照各個(gè)不同工藝要求；2.在坯料對(duì)應(yīng)溝槽表面涂以防擴(kuò)散涂層；3.在真空小室內(nèi)將兩塊板坯和工具裝到模具中；4.在真空爐里加熱毛坯控制溫度為900 930 °C，控制真空壓力為
I.3X10_7MPa，控制時(shí)間在200分鐘以內(nèi)；5.通入氬氣并在壓力支撐下擴(kuò)散焊接毛坯控制溫度為900 930°C，控制壓力為 4 4. 5MPa，控制時(shí)間為40 50分鐘；6.緊密閉合模具，毛坯溝槽成形處通入氬氣，在氣體壓力下成形控制溫度為 900 930°C，控制壓力為I I. 5MPa，控制時(shí)間為20 30分鐘；7.降低壓力，通入氣體，在充滿氬氣的密閉模具中冷卻到200°C，控制時(shí)間為 200 300分鐘；8.打開模具，冷卻到70 V，控制時(shí)間為20 30分鐘；9.取出制件。如圖2所示，通過上述方法制備得到的兩層冷凝器壁板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在固相中擴(kuò)散焊接沒有破壞材料組織，達(dá)到等強(qiáng)度，保證了高水平腐蝕壽命和高精度幾何形狀。本實(shí)施例制備得到的壁板如圖2所示，該壁板上包含若干條平行且由氣體吹制而成的，圓柱體通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)與圖4中模具凹面相匹配。實(shí)施例2制備三層鈦合金冷凝器壁板如圖3和圖5所示，本實(shí)施例為以下步驟I.按照各個(gè)不同工藝要求進(jìn)行備料(切割，脫脂除油，酸洗，清水漂洗，烘干)；2.翻轉(zhuǎn)板疊毛坯，用電子束焊接；3.將三層毛坯板疊裝入模具中控制溫度為875 930°C，控制壓力為10 15MPa，控制時(shí)間在300分鐘以內(nèi)；4.向板疊通入壓力氣體，成形控制溫度為875 930°C，控制壓力為I 1.5MPa， 控制時(shí)間為20分鐘；5.在氣體壓力下保壓控制溫度為875 930°C，控制壓力為I I. 5MPa，控制時(shí)間為10 15Min ；6.在逐步排出氣體壓力條件下，在封閉模具中冷卻到200°C，控制時(shí)間為300分鐘以內(nèi)；7.關(guān)掉供氣閥門，打開模具冷卻到70°C，控制時(shí)間為20 30分鐘；8.打開模具，摘取制件。本實(shí)施例制備得到的壁板如圖3所示，該壁板上包含若干條平行且由氣體吹制而成的，波浪形圓柱體、錐體或梯形柱體的通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)與圖5中模具凹面相匹配。如圖3和圖5所示，通過上述方法制備得到的三層冷凝器壁板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為模具結(jié)構(gòu)是波浪形圓柱體、錐體或梯形柱體。與兩層板疊制造工藝相同，在固相中用電子束焊接沒有破壞材料組織，達(dá)到等強(qiáng)度，保證了高水平腐蝕壽命和高精度幾何形狀。制造冷凝器和波浪形壁板共同工序包括連接和成形。在第一種情況下，用擴(kuò)散焊接連接板疊；在第二種情況下，用電子束焊接。對(duì)空心圓柱體或錐體，通入壓力氣體成形。 冷凝器的兩層壁板和三層壁板工業(yè)實(shí)樣分別示于圖4和圖5，使用板厚Imm ;在設(shè)計(jì)的高度 10 30mm時(shí)，結(jié)構(gòu)的外廓尺寸達(dá)到500X 500mm。
權(quán)利要求
1.一種多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征在于，通過在毛坯表面進(jìn)行預(yù)處理后，經(jīng)加熱后進(jìn)行氣體壓力成形處理，最后經(jīng)二步冷卻完成工藝過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的毛坯是指經(jīng)切割、脫脂除油、酸洗、清水漂洗以及烘干的鈦合金板材。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的預(yù)處理是指 將兩層毛坯的對(duì)應(yīng)溝槽位置進(jìn)行防擴(kuò)散涂層處理，或三層毛坯翻轉(zhuǎn)板疊后用電子束進(jìn)行焊接固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的防擴(kuò)散涂層是指將鈦含量約80%的氮化鈦，在500°C真空爐內(nèi)施涂于對(duì)應(yīng)板坯溝槽表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的加熱是指將毛還和模具一并置于875 930°C環(huán)境下加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的加熱，對(duì)兩層冷凝器壁板為在900 930°C，I. 3 X 10_7MPa的真空環(huán)境下加熱不超過200分鐘，然后通入氬氣并達(dá)到4 4. 5MPa氣壓的環(huán)境下保持40 50分鐘，在壓力支撐下對(duì)兩層板進(jìn)行擴(kuò)散焊接；對(duì)三層冷凝器壁板為在875 930°C環(huán)境下通入氬氣，并在10 15MPa的氬氣環(huán)境下加熱不超過300分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的氣體壓力成形處理是指緊密閉合模具并在氬氣環(huán)境下使得氣體供給轉(zhuǎn)到毛坯溝槽成形處，即在 875 930°C以及I I. 5MPa的氣體壓力下成形20 30分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或7所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的氣體壓力成形處理，對(duì)兩層板坯在900 930°C以及I I. 5MPa的氬氣氣體壓力下成形20 30 分鐘；對(duì)三層板坯在875 930°C以及I I. 5MPa的氬氣氣體壓力下成形20分鐘并保壓 10 15分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多層冷凝器壁板的制造工藝，其特征是，所述的二步冷卻是指先在充滿氬氣的密閉模具中在200 300分鐘內(nèi)冷卻到200°C，然后打開模具并在 20-30分鐘內(nèi)常壓環(huán)境下冷卻到70°C。
10.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述工藝制備得到的多層冷凝器壁板，其特征在于，該壁板上包含若干條平行且由氣體吹制而成的通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)與模具凹面相匹配，其中兩層壁板的通道結(jié)構(gòu)為圓柱體；三層壁板的通道結(jié)構(gòu)為波浪形圓柱體、錐體或具有剖面為底邊長(zhǎng)度高度等于2的梯形柱體。
全文摘要
一種冷凝器技術(shù)領(lǐng)域的多層冷凝器壁板的制造工藝，通過在毛坯表面進(jìn)行預(yù)處理后，經(jīng)加熱后進(jìn)行氣體壓力成形處理，最后經(jīng)二步冷卻完成工藝過程；即在一個(gè)工位上在兩層板間氣體壓力作用下，用擴(kuò)散焊接工序并用板間所供壓力氣體成形溝槽。因此，溝槽分布精度及其幾何形狀只有由模具來確定，精度得以大幅度提高，并且在固相中的擴(kuò)散焊接沒有破壞材料的組織，達(dá)到與母體材料等強(qiáng)度，以保證高水平腐蝕壽命及幾何形狀。
文檔編號(hào)B23K20/14GK102601518SQ201210077068
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者吳小清, 吳振清, 林健, 王以華, 陳修琳 申請(qǐng)人:上海樺廈實(shí)業(yè)有限公司