專利名稱:鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤指采用鈦合金箔狀釬料，用型面加壓式熱膨脹裝配工裝夾緊，在真空中整體加熱，進(jìn)行鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件大面積的連接。
背景技術(shù)：
對于由骨架與蒙皮連接且為變截面的構(gòu)件焊接技術(shù)，目前在國內(nèi)仍處于研究階段，資料檢索未見國外同類技術(shù)報導(dǎo)。該類構(gòu)件的特點為1、構(gòu)件主要由骨架和蒙皮組成，骨架上分布有大量的加強(qiáng)筋，兩側(cè)表面與蒙皮連接在一起。2、構(gòu)件是一個變截面體，結(jié)構(gòu)尺寸厚薄不均。3、該構(gòu)件在焊接過程中，存在許多不同于普通構(gòu)件的復(fù)雜因素，如零件前道工序加工造成的內(nèi)應(yīng)力及工件本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜性造成的焊接熱膨脹非對稱等，使得焊接變形控制十分困難。因此解決該類構(gòu)件的焊接屬于大面積復(fù)雜結(jié)構(gòu)連接技術(shù)。
國內(nèi)曾開展過氬弧焊、激光焊等方法的研究。但上述方法均屬局部加熱熔化焊接技術(shù)，焊接內(nèi)應(yīng)力大、焊后變形嚴(yán)重，焊接變形均大于0.5mm，且難以達(dá)到骨架與蒙皮的大面積連接。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)背景技術(shù)所述，本發(fā)明的目的在于提供一種針對由骨架和蒙皮組成的鈦合金構(gòu)件，并且構(gòu)件是變截面體，結(jié)構(gòu)尺寸厚薄不均，骨架上分布大量的加強(qiáng)筋，需實現(xiàn)骨架與蒙皮所有接觸面積的連接，為此，用鈦合金箔狀釬料預(yù)置于骨架與蒙皮接觸面之間，利用熱膨脹型面加壓式裝配工裝，在真空條件下對其進(jìn)行整體加熱，使釬料熔化并布滿整個被連接面的釬焊焊接方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其具體步驟如下(1)首先將檢測后的零件酸洗干凈，將FTI高強(qiáng)度鈦合金箔狀釬料預(yù)置于骨架與蒙皮待焊面之間；(2)采用熱膨脹裝配工裝或型面加壓式熱膨脹裝配工裝夾緊，在真空環(huán)境下對其進(jìn)行整體加熱；(3)通過適宜的真空釬焊參數(shù)，使釬料在高溫發(fā)生熔化布滿整個待焊面，并在低于釬焊溫度下保溫進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散，從而完成釬焊連接；
(4)完成產(chǎn)品焊接后，拆卸工裝，檢查構(gòu)件尺寸及焊接質(zhì)量。
型面加壓式熱膨脹裝配工裝，主要由定位緊固帽(1)，襯板(2)，壓力調(diào)節(jié)裝置(3)，夾板(4)，構(gòu)件(5)，定位塊(6)，下緊固件(7)和底座(8)組成，其中，定位緊固帽(1)套裝定位于夾板(4)端部，定位塊(6)與夾板(4)連接，襯板(2)與構(gòu)件(5)和壓力調(diào)節(jié)裝置(3)相接觸，下緊固件(7)與夾板(4)和底座(8)連接。工裝為兩側(cè)對稱的型面垂直加壓方式，將可調(diào)的多點作用力垂直施加于高溫高強(qiáng)合金襯板上，通過襯板將力均勻作用于蒙皮上，工裝可在950℃以下重復(fù)使用。
工裝可采用熱膨脹系數(shù)小于鈦合金的耐高溫材料制作，如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
采用以下焊接參數(shù)可實現(xiàn)鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件的連接。
釬焊參數(shù)870～950℃，保溫2～60min；擴(kuò)散參數(shù)700～850℃保溫，30～120min。
其中1、構(gòu)件升溫至900℃保溫10min后降至850℃保溫30min，隨爐冷卻；2、構(gòu)件升溫至950℃保溫5min后降至700℃保溫60min，隨爐冷卻；3、構(gòu)件升溫至870℃保溫40min后降至800℃保溫100min，隨爐冷卻。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果1、本發(fā)明為了減小焊接變形，實現(xiàn)骨架與蒙皮所有接觸面的連接，提供了采用鈦合金箔狀釬料預(yù)置于骨架與蒙皮接觸面之間并利用熱膨脹工裝夾緊，在真空條件下對其進(jìn)行整體加熱，使釬料熔化并布滿整個被連接面，凝固后經(jīng)擴(kuò)散處理形成牢固的釬焊接頭，經(jīng)過實際施工實現(xiàn)了鈦合金骨架與蒙皮變截面復(fù)雜構(gòu)件的連接。
2、本發(fā)明提供了釬焊熱膨脹加壓及變形控制技術(shù)，解決了構(gòu)件平面度及對稱度嚴(yán)重焊接變形的技術(shù)難題。
3、本發(fā)明提供了高溫釬焊和擴(kuò)散處理創(chuàng)新工藝技術(shù)，最終使結(jié)構(gòu)件獲得良好的力學(xué)性能。
4、本發(fā)明提供的型面加壓式熱膨脹裝配工裝，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，工作可靠，使用維護(hù)修理簡易。
圖1為本發(fā)明構(gòu)件真空釬焊流程示意圖圖2為本發(fā)明型面加壓式熱膨脹裝配工裝總體結(jié)構(gòu)剖視示意圖
具體實施方式一種鈦合金色骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法由圖1示出構(gòu)件真空釬焊流程，首先將檢測后的零件酸洗干凈，將FTI高強(qiáng)度箔狀釬料預(yù)裝在骨架待焊面，在通過熱膨脹裝配工裝或型面加壓式熱膨脹裝配工裝夾緊后入爐進(jìn)行真空釬焊，通過適宜的真空釬焊參數(shù)，如高溫釬焊參數(shù)870～950℃，保溫2～60min；擴(kuò)散參數(shù)700～850℃保溫，30～120min，使釬料在高溫發(fā)生熔化并在低于釬焊溫度下保溫進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散，擴(kuò)散使接頭組織成份進(jìn)一步均勻化，完成產(chǎn)品焊接后，拆卸工裝，檢查構(gòu)件尺寸及焊接質(zhì)量。
由圖2示出型面加壓式熱膨脹裝配工裝的總體剖視示意圖。
型面加壓式熱膨脹裝配工裝，主要由定位緊固帽1，襯板2，壓力調(diào)節(jié)裝置3，夾板4，構(gòu)件5，定位塊6，下緊固件7和底座8組成，其中，定位緊固帽1套裝定位于夾板4端部，定位塊6與夾板4連接，襯板2與構(gòu)件5和壓力調(diào)節(jié)裝置3相接觸，下緊固件7與夾板4和底座8連接。工裝可在950℃以下重復(fù)使用。
可知，利用構(gòu)件和工裝夾具材料熱膨脹系數(shù)的差別，采用熱膨脹系數(shù)小于鈦合金的耐高溫材料制作工裝，使得構(gòu)件在高溫下的膨脹量大于夾具的膨脹量，從而使得蒙皮在釬焊升溫過程中和釬料發(fā)生熔化后仍能受到熱膨脹壓緊力的作用而緊貼于骨架，保證了大面積釬焊質(zhì)量。由于構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚薄不均，所以施于兩側(cè)蒙皮的壓緊力必須均勻、對稱，否則極易造成構(gòu)件平面度及對稱度嚴(yán)重變形的后果，因此工裝設(shè)計上采用了兩側(cè)對稱的型面垂直加壓方式即將可調(diào)的多點作用力垂直施加于高溫高強(qiáng)合金襯板上，通過襯板(與蒙皮型面一致)將力均勻作用于蒙皮上，解決了構(gòu)件平面度及對稱度嚴(yán)重焊接變形的技術(shù)難題。
裝配工裝的材料可采用膨脹系數(shù)小于鈦合金的金屬或合金。如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
又知，在實際生產(chǎn)過程中，采用如下工藝參數(shù)(1)構(gòu)件升溫至900℃保溫10min后降至850℃保溫30min，隨爐冷卻。
(2)構(gòu)件升溫至950℃保溫5min后降至700℃保溫60min，隨爐冷卻。
(3)構(gòu)件升溫至870℃保溫40min后降至800℃保溫100min，隨爐冷卻。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其具體步驟如下(1)首先將檢測后的零件酸洗干凈，將鈦合金箔狀釬料預(yù)置于骨架與蒙皮待焊面之間；(2)采用熱膨脹裝配工裝夾緊，在真空環(huán)境下對其進(jìn)行整體加熱；(3)通過適宜的真空釬焊參數(shù)，使釬料在高溫發(fā)生熔化布滿整個待焊面，并在低于釬焊溫度下保溫進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散，從而完成釬焊連接；(4)完成產(chǎn)品焊接后，拆卸工裝，檢查構(gòu)件尺寸及焊接質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于采用型面加壓式熱膨脹裝配工裝夾緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于型面加壓式熱膨脹裝配工裝，主要由定位緊固帽(1)，襯板(2)，壓力調(diào)節(jié)裝置(3)，夾板(4)，構(gòu)件(5)，定位塊(6)，下緊固件(7)和底座(8)組成，其中，定位緊固帽(1)套裝定位于夾板(4)端部，定位塊(6)與夾板(4)連接，襯板(2)與構(gòu)件(5)和壓力調(diào)節(jié)裝置(3)相接觸，下緊固件(7)與夾板(4)和底座(8)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于采用熱膨脹系數(shù)小于鈦合金的耐高溫材料制作工裝，如Mo或Mo合金、WMo合金、TZM合金等。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于工裝為兩側(cè)對稱的型面垂直加壓方式，將可調(diào)的多點作用力垂直施加于高溫高強(qiáng)合金襯板上，通過襯板將力均勻作用于蒙皮上，工裝可在950℃以下重復(fù)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于釬料為FTI高強(qiáng)度箔狀釬料。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于高溫釬焊參數(shù)為870～950℃，保溫2～60min；擴(kuò)散參數(shù)為700～850℃保溫，30～120min。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，其特征在于構(gòu)件升溫至900℃保溫10min后降至850℃保溫30min，隨爐冷卻；構(gòu)件升溫至950℃保溫5min后降至700℃保溫60min，隨爐冷卻；構(gòu)件升溫至870℃保溫40min后降至800℃保溫100min，隨爐冷卻。
專利摘要
一種鈦合金骨架與蒙皮變截面構(gòu)件焊接方法，主要將鈦合金箔狀釬料預(yù)置于骨架與蒙皮待焊面之間，采用熱膨脹裝配工裝或型面加壓式熱膨脹裝配工裝夾緊，在真空環(huán)境下對其進(jìn)行整體加熱，使釬料熔化布滿整個待焊面，凝固后經(jīng)擴(kuò)散處理完成釬焊連接，同時還提供了可在950℃以下重復(fù)使用的型面加壓式熱膨脹裝配工裝的結(jié)構(gòu)組成，工裝結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，造價低廉，使用維護(hù)修理簡易。并揭示了采用FTI高強(qiáng)鈦合金釬料進(jìn)行高溫釬焊和擴(kuò)散處理的創(chuàng)新復(fù)合工藝參數(shù)。
文檔編號B23K37/053GK1990149SQ200510135350
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日
發(fā)明者毛建英, 李海剛 申請人:航天材料及工藝研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan