本发明涉及复合焊接技术领域，特别涉及一种针栓式喷注器的焊接方法。
背景技术：
相比于固体燃料发动机，液体燃料发动机推力可调、能量转化率高、推重比大，使用氢氧推进剂绿色安全，适用于太空科研、商用航天等项目的发展。火箭推重比指标的上升，意味着对其结构可靠性与性能稳定性要求的提高。而推力室作为液体燃料发动机的核心部件，是实现能量转化、形成推力的装置，对其尺寸、形位精度与焊接结构性能可靠性的要求进一步提高。
液体燃料发动机的推力室需在高温、高压、长时间热流冲刷及强烈振动等恶劣条件下工作，保证各项性能指标不骤降。为适应苛刻的工况，现代各类液体发动机的推力室零件多采用强度高、韧性好、耐腐蚀、高温蠕变性好的不锈钢、高温合金材料制造，并通过螺栓、焊接结构实现连接。
现有技术中针栓式喷注器因结构复杂、焊缝密集，焊缝气密性要求高，普通熔焊方法施焊无法满足要求。
技术实现要素：
本发明提供了一种针栓式喷注器的焊接方法，解决了或部分解决了现有技术中普通熔焊方法施焊无法满足针栓式喷注器焊接要求的技术问题，实现了用于含大量高温合金、不锈钢组件的喷注器的焊接，各类焊缝接头气密性好，高温承载性能好，为液体火箭发动机提供实用可靠的喷注器的技术效果。
本申请提供了一种针栓式喷注器的焊接方法，所述针栓式喷注器包括：点火机构、雾化室、丝网机构及管道机构；所述焊接方法包括：
通过激光焊完成所述点火机构的焊接工作；
通过真空钎焊完成所述点火机构与所述雾化室的焊接工作；
通过电阻点焊完成所述丝网机构的焊接工作；
通过氩弧焊完成所述管道机构的焊接工作。
作为优选，所述通过激光焊完成所述点火机构的焊接工作，包括：
将所述点火机构的点火通道与点火通道套管装配起来；
对所述点火通道与所述点火通道套管的两端进行激光定位焊接，且两端分别周向均布4个定位焊点；
对所述点火通道与所述点火通道套管的两端进行激光连续焊接。
作为优选，所述激光定位焊接的工艺参数为：焊接功率p＝400w～480w、光斑直径d≤0.2mm、离焦量δf＝－0.2mm～+0.2mm、焊接时间t＝100ms～200ms；
所述激光连续焊接的工艺参数为：焊接功率p＝1800w～2200w、光斑直径d≤0.2mm、离焦量δf＝－0.1mm～+0.1mm、焊接速度v＝0.8～1.2m/min。
作为优选，所述通过真空钎焊完成所述点火机构与所述雾化室的焊接工作，包括：
对所述点火机构及所述雾化室的零件进行酸洗、除氢，并通过溶剂浸泡不少于15min；所述雾化室的零件包括：液氧喷嘴、多个燃料喷嘴、喷注器环、中底及下底；
将所述点火机构与所述雾化室的零件装配起来，在所述装配过程中设置阻焊剂及钎料；
将所述点火机构与所述雾化室置于保温箱中150℃烘干30～45min；
在真空炉内对所述点火机构与所述雾化室进行所述真空钎焊。
作为优选，所述溶剂为无水乙醇；
所述阻焊剂为氧化铝；
所述钎料的材质为bni82crsib，包括：第一钎料及第二钎料；
所述第一钎料为粉末状钎料制成的糊状钎料；
所述第二钎料为薄箔状钎料裁剪成设定形状。
作为优选，所述点火机构与所述雾化室的零件装配后：
所述中底与所述喷注器环的装配处设置有环向下限，为第一容钎槽；
所述下底与所述喷注器环的装配处设置有环向下限，为第二容钎槽；
所述燃料喷嘴与所述中底装配后，所述燃料喷嘴的上端面设置低于所述中底上表面的凹陷，为第三容钎槽；
所述燃料喷嘴与所述下底装配后，所述燃料喷嘴的下端面设置低于所述下底上表面的凹陷，为第四容钎槽；
所述液氧喷嘴与所述中底的上端面平齐。
作为优选，所述将所述点火机构与所述雾化室的零件装配起来，在所述装配过程中设置阻焊剂及钎料，包括：
将所述液氧喷嘴与多个所述燃料喷嘴装配形成喷嘴组元；
将所述阻焊剂涂覆在所述中底及所述下底的微孔上；
待所述阻焊剂干燥后，将所述喷注器环水平固定在工作台上，将所述下底装配在所述喷注器环上，将所述喷嘴组元装配在所述下底上；
将所述第一钎料涂覆在所述喷注器环与所述下底之间的所述第二容钎槽中，以及所述喷嘴组元与所述下底之间的所述第四容钎槽中；
将所述中底装配在所述喷注器环上，将所述第一钎料涂覆在所述喷注器环与所述中底之间的所述第一容钎槽中，以及所述喷嘴组元与所述中底之间的所述第三容钎槽中；
在所述点火机构与所述中底对应的位置套装所述第二钎料，在所述点火机构与所述下底的装配处涂覆所述第一钎料，之后，将所述点火机构装配在所述中底及所述下底上。
作为优选，所述真空钎焊的工艺参数为：
真空度p＝1×10-4pa；
所述真空炉的温度从室温至650℃中，升温速率v＝550℃/h、保温时间t＝5min；
所述真空炉的温度从650℃至850℃中，升温速率v＝450℃/h、保温时间t＝5min；
所述真空炉的温度从850℃至1060℃中，升温速率v＝350℃/h；
所述真空炉的温度在峰值温度t＝1060℃，保温时间t＝20min；
所述真空炉降温冷却至40℃，所述点火机构与所述雾化室出炉。
作为优选，所述通过电阻点焊完成所述丝网机构的焊接工作，包括：
对丝网、压环及压板进行酸洗；
将所述丝网、所述压环及所述压板装配一起；
通过电阻点焊将所述丝网、所述压环及所述压板焊接固定形成所述丝网机构；
其中，所述电阻点焊形成的焊点的熔核直径为2～2.5mm，各个所述焊点周向均布，相邻所述焊点的间距为30～50mm。
作为优选，所述通过氩弧焊完成所述管道机构的焊接工作，包括：
对所述管道机构的组件进行酸洗；
通过所述氩弧焊对所述组件中的待焊组件进行定位焊接；所述定位焊点不少于4个，所有所述定位焊点均匀布置；
通过所述氩弧焊对所述待焊组件进行连续焊接；所述连续焊接过程中，每焊接长度为50～100mm后，静置10min后再继续焊接；
其中，当所述待焊组件为异种材料时，焊接材料选用敲掉药皮的z408焊条或直径φ2的h0cr19ni9ti焊丝；当所述待焊组件为同种材料时，焊接材料选用直径φ2的h0cr19ni9ti焊丝。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了通过激光焊完成点火机构的焊接工作；通过真空钎焊完成点火机构与雾化室的焊接工作；通过电阻点焊完成丝网机构的焊接工作；通过氩弧焊完成管道机构的焊接工作；针对不同的部件运用不同的焊接工艺，使复杂结构的针栓式喷注器形成牢固的连接，保证高温合金材质的部件与不锈钢材质的部件形成优质连接，焊缝密封性好，可承受高压。这样，有效解决了现有技术中普通熔焊方法施焊无法满足针栓式喷注器焊接要求的技术问题，实现了用于含大量高温合金、不锈钢组件的喷注器的焊接，各类焊缝接头气密性好，高温承载性能好，为液体火箭发动机提供实用可靠的喷注器的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的针栓式喷注器的焊接方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的针栓式喷注器中点火机构的第一结构示意图；
图3为本发明实施例提供的针栓式喷注器中点火机构的第二结构示意图；
图4为本发明实施例提供的针栓式喷注器中点火机构与雾化室的装配示意图；
图5为图4的内部示意图；
图6为本发明实施例提供的针栓式喷注器中丝网机构的结构示意图。
(图示中各标号代表的部件依次为：1点火通道、2点火通道套管、3喷注器环、4中底、5下底)
具体实施方式
本申请实施例提供了一种针栓式喷注器的焊接方法，解决了或部分解决了现有技术中普通熔焊方法施焊无法满足针栓式喷注器焊接要求的技术问题，通过激光焊完成点火机构的焊接工作；通过真空钎焊完成点火机构与雾化室的焊接工作；通过电阻点焊完成丝网机构的焊接工作；通过氩弧焊完成管道机构的焊接工作；实现了用于含大量高温合金、不锈钢组件的喷注器的焊接，各类焊缝接头气密性好，高温承载性能好，为液体火箭发动机提供实用可靠的喷注器的技术效果。
本申请提供了一种针栓式喷注器的焊接方法，针栓式喷注器包括：点火机构、雾化室、丝网机构及管道机构；参见附图1，该焊接方法包括：
s1：通过激光焊完成点火机构的焊接工作。
s2：通过真空钎焊完成点火机构与雾化室的焊接工作。
s3：通过电阻点焊完成丝网机构的焊接工作。
s4：通过氩弧焊完成管道机构的焊接工作。
进一步的，步骤s1包括：
s101：将点火机构的点火通道1与点火通道套管2装配起来；s102：对点火通道1与点火通道套管2的两端进行激光定位焊接，且两端分别周向均布4个定位焊点；s103：对点火通道1与点火通道套管2的两端进行激光连续焊接。
其中，激光定位焊接的工艺参数为：焊接功率p＝400w～480w、光斑直径d≤0.2mm、离焦量δf＝－0.2mm～+0.2mm、焊接时间t＝100ms～200ms；激光连续焊接的工艺参数为：焊接功率p＝1800w～2200w、光斑直径d≤0.2mm、离焦量δf＝－0.1mm～+0.1mm、焊接速度v＝0.8～1.2m/min。
进一步的，步骤s2包括：
s201：对点火机构及雾化室的零件进行酸洗、除氢，并通过溶剂浸泡不少于15min；雾化室的零件包括：液氧喷嘴、多个燃料喷嘴、喷注器环3、中底4及下底5；s202：将点火机构与雾化室的零件装配起来，在装配过程中设置阻焊剂及钎料；s203：将点火机构与雾化室置于保温箱中150℃烘干30～45min；s204：在真空炉内对点火机构与雾化室进行真空钎焊。
其中，溶剂为无水乙醇；阻焊剂为氧化铝；钎料的材质为bni82crsib，包括：第一钎料及第二钎料；第一钎料为粉末状钎料制成的糊状钎料；第二钎料为薄箔状钎料裁剪成设定形状。
其中，点火机构与雾化室的零件装配后：中底4与喷注器环3的装配处设置有环向下限，为第一容钎槽；下底5与喷注器环3的装配处设置有环向下限，为第二容钎槽；燃料喷嘴与中底4装配后，燃料喷嘴的上端面设置低于中底4上表面的凹陷，为第三容钎槽；燃料喷嘴与下底5装配后，燃料喷嘴的下端面设置低于下底5上表面的凹陷，为第四容钎槽；液氧喷嘴与中底4的上端面平齐。
其中，步骤s202包括：
s2021：将液氧喷嘴与多个燃料喷嘴装配形成喷嘴组元。
s2022：将阻焊剂涂覆在中底4及下底5的微孔上。
s2023：待阻焊剂干燥后，将喷注器环3水平固定在工作台上，将下底5装配在喷注器环3上，将喷嘴组元装配在下底5上。
s2024：将第一钎料涂覆在喷注器环3与下底5之间的第二容钎槽中，以及喷嘴组元与下底5之间的第四容钎槽中。
s2025：将中底4装配在喷注器环3上，将第一钎料涂覆在喷注器环3与中底4之间的第一容钎槽中，以及喷嘴组元与中底4之间的第三容钎槽中。
s2026：在点火机构与中底4对应的位置套装第二钎料，在点火机构与下底的装配处涂覆第一钎料，之后，将点火机构装配在中底4及下底5上。
其中，真空钎焊的工艺参数为：真空度p＝1×10-4pa；真空炉的温度从室温至650℃中，升温速率v＝550℃/h、保温时间t＝5min；真空炉的温度从650℃至850℃中，升温速率v＝450℃/h、保温时间t＝5min；真空炉的温度从850℃至1060℃中，升温速率v＝350℃/h；真空炉的温度在峰值温度t＝1060℃，保温时间t＝20min；真空炉降温冷却至40℃，点火机构与雾化室出炉。
进一步的，步骤s3包括：s301：对丝网、压环及压板进行酸洗；s302：将丝网、压环及压板装配一起；s303：通过电阻点焊将丝网、压环及压板焊接固定形成丝网机构；其中，电阻点焊形成的焊点的熔核直径为2～2.5mm，各个焊点周向均布，相邻焊点的间距为30～50mm。
进一步的，步骤s4包括：s401：对管道机构的组件进行酸洗；s402：通过氩弧焊对组件中的待焊组件进行定位焊接；定位焊点不少于4个，所有定位焊点均匀布置；s403：通过氩弧焊对待焊组件进行连续焊接；连续焊接过程中，每焊接长度为50～100mm后，静置10min后再继续焊接。
其中，当待焊组件为异种材料时，焊接材料选用敲掉药皮的z408焊条或直径φ2的h0cr19ni9ti焊丝；当待焊组件为同种材料时，焊接材料选用直径φ2的h0cr19ni9ti焊丝。
下面通过具体实施例来详细介绍本申请提供的针栓式喷注器的焊接方法：
各类焊接接头结构的说明：
1、点火机构激光焊接头：参见附图2和3，点火机构由点火通道1、点火通道套管2组成，点火通道1内孔传导火花，点火通道1与套管组成的空腔起隔热作用。点火通道1外壁直径d0-0.05、点火通道套管2内壁直径d0+0.05，保证装配间隙r≤0.1mm，均要求孔壁光滑、无毛刺与刮伤，点火通道1孔壁端面不允许倒角。
2、雾化室真空钎焊接头：参见附图4和5，雾化室由大量燃料喷嘴与液氧喷嘴、中底4、下底5及喷注器环3组成，燃料与氧化剂由各自的管道中流入燃料/液氧喷嘴，分离为细小的液滴，在中底4、下底5及喷注器环3组成的雾化室中雾化并充分混合。在中底4、下底5与喷注器环3装配处设置一周环向下限，下限直径d＝(d-4)，深度1mm，形成容钎槽，其中d为中底4、下底5的外轮廓直径。燃料/液氧喷嘴与中底4装配后，燃料喷嘴上端面设置低于中底4上表面的凹陷，下限深0.5mm，形成容钎槽；液氧喷嘴与中底4装配后上端面应平齐，不允许出现下限，以防钎料堵塞液氧喷嘴。燃料喷嘴与下底5装配后，设置低于下底5上表面的凹陷，深0.5mm。
3、丝网机构电阻点焊接头：参见附图6，丝网机构由丝网、压环与压板组成，一处覆盖焊接在中底4之上，一处焊接在喷注器环3与蜗壳之间，燃料、氧化剂由贮箱进入雾化室之前通过丝网机构进行过滤，避免异物进入雾化室堵塞喷嘴。丝网所有单丝不允许断裂，网格偏差不允许大于60％，边缘不允许有毛刺，丝网不允许有褶皱。压环、压板待焊处的粗糙度ra≤6.3μm，不应有伤痕、毛刺。
4、管道机构氩弧焊接头：管道机构由上底、蜗壳、液氧入口管、法兰等组件构成，形成燃料通道、氧化剂通道，两者不可互通，燃料及氧化剂分别由贮箱通过各自通道进入雾化室。管道机构组件的待焊面粗糙度ra≤3.2μm，不应有划伤、毛刺，单边坡口角度45°，坡口深度(d-1.5)，以保证钝边一致均为1.5mm，其中d为待焊面壁厚。
其中，雾化室真空钎焊的装配间隙要求≤0.1mm，其余各焊接方法的装配间隙要求≤0.2mm。装配间隙不满足要求时，对圆角处机械清根，对不协调处使用800#以上砂纸打磨。
焊接方法的说明：
1、通过激光焊将点火通道1与点火通道套管2连接后形成点火机构。首先进行定位焊接，保证二者的装配状态不会在连续焊接过程中因保护气吹动、焊接变形等原因发生变动，依次对称定位焊接。
定位焊接工艺参数：焊接功率p、光斑直径d、离焦量δf、焊接时间t取值为：焊接功率p＝460w，光斑直径d＝0.15mm，离焦量δf＝0.1mm，焊接时间t＝120ms。
随后进行连续焊接，因点火通道套管2待焊处壁厚2mm，对接面厚4mm，焊缝熔宽应＜3mm，以防熔穿点火通道套管2。
连续焊接工艺参数：焊接功率p、光斑直径d、离焦量δf、焊接时间t取值为：连续激光，激光功率p＝1900w，焊接速度v＝1.0m/min，光斑直径d＝0.18mm，离焦量δf＝0.1mm。
2、通过真空钎焊将点火机构、燃料/液氧喷嘴、中底4、下底5、喷注器环3连接后形成雾化室。雾化室所有组件材质均为gh4169，所用钎料为bni-2(bni82crsib)、含粉末状与薄箔状两种，阻焊剂为氧化铝，溶剂均为无水乙醇，将粉末状钎料调配成糊状，将薄箔状钎料拆剪成所需形状。
钎焊之前所有零件进行酸洗、除氢，装配之前使用无水乙醇浸泡20min后，戴洁净白棉手套进行装配，使用小勺舀取钎料进行涂钎操作：
a.装配所有燃料喷嘴与液氧喷嘴，形成喷嘴组元。
b.将阻焊剂涂覆在中底4、下底5的微孔上，防止钎焊时堵塞此类微孔。
c.待阻焊剂干燥后，将喷注器环3水平固定在工作台上，将下底5装配在喷注器环3上，在二者装配处涂覆钎料，钎料应填充满容钎槽，要求高出下底5表面但不应过高，要求≤0.2mm。
d.将喷嘴组元装配在下底5上，在装配处涂覆钎料，钎料应填充满容钎槽，高出下底5表面但不应过高，要求≤0.2mm。
e.将中底4装配在上述结构上，使用木槌轻轻敲击以保证装配间隙≤0.1mm。
f.将钎料涂覆在中底4与喷嘴组元装配处及中底4与喷注器环3装配处，钎料应填充满每一个容钎槽，要求高出中底4表面但不应过高，要求≤0.2mm，以防堵塞喷嘴和微孔。
g.将点火机构装配在中底4、下底5上，因空间较小难以涂覆糊状钎料，将薄箔状钎料套装在点火机构上之后再装配；点火机构与下底5的装配处需在背面涂覆钎料，应待前述步骤涂覆的钎料干燥不再流动后，翻转喷注器环3，在背面涂覆。
h.雾化室钎料涂抹完毕后，置于保温箱中150℃烘干40min，使溶剂完全挥发，保证真空炉能在较短时间内达到相应真空度。
准备完毕后进行真空钎焊，真空炉应洁净无污染，雾化室水平固定在炉内。真空钎焊工艺参数：真空度p、升温速率v、峰值温度t、保温时间t取值为：
真空度p＝1×10-4pa。
室温至650℃，升温速率v＝550℃/h、保温时间t＝5min。
650℃至850℃，升温速率v＝450℃/h、保温时间t＝5min。
850℃至1060℃，升温速率v＝350℃/h。
峰值温度t＝1060℃，保温时间t＝20min。
随炉冷却，至40℃出炉，注意使用包装箱防护雾化室，不应有任何杂物进入。
3、通过电阻点焊将丝网、压环与压板连接。焊前将各组件酸洗，装配后焊接。电阻点焊主要工艺参数：通电时间t、焊接压力f、焊接电流i取值为：
a.压环与压板的厚度为1.5mm，通电时间t＝0.16～0.20s、焊接压力f＝5000～6000n、焊接电流i＝7500～8200a。
b.压环与压板的厚度为2mm，通电时间t＝0.24～0.28s、焊接压力f＝7900～8800n、焊接电流i＝10000～11500a。
要求点焊时将丝网铺平，形成的点焊熔核直径2mm，焊点间距35mm，均布。
4、通过氩弧焊将上底、蜗壳、液氧入口管、法兰等组件连接形成管道机构；焊前将各组件酸洗；首先进行定位焊接，所有氩弧焊焊缝均为环形焊缝，要求定位焊点不少于4个，均布。
定位焊工艺参数：钨极直径d、焊接电流i、焊接速度v、氩气流量d取值如下：
a.对接组件为异种材质(1cr18ni9t与gh4169)，使用敲掉药皮的z408焊条，钨极直径d＝2.5～3mm，焊接电流i＝90～120a、焊接速度v＝100～120mm/min、氩气流量d＝8～12l/min。
b.对接组件为同种材质(均为1cr18ni9ti)，使用φ2的h0cr19ni9ti焊丝，钨极直径d＝2.5～3mm，焊接电流i＝80～110a、焊接速度v＝100～120mm/min、氩气流量d＝8～12l/min。
氩弧焊连续焊接工艺参数：钨极直径d、焊接电流i、焊接速度v、氩气流量d取值如下：
a.对接组件为异种材质(1cr18ni9t与gh4169)，使用敲掉药皮的z408焊条，钨极直径d＝2.5～3mm，焊接电流i＝110～140a、焊接速度v＝100～120mm/min、氩气流量d＝8～12l/min。
b.对接组件为同种材质(均为1cr18ni9ti)，使用φ2的h0cr19ni9ti焊丝，钨极直径d＝2.5～3mm，焊接电流i＝100～120a、焊接速度v＝100～130mm/min、氩气流量d＝8～12l/min。
每焊接60mm后，静置10min冷却，再继续焊接，以防热输入过大影响雾化室的钎焊焊缝质量。
5、所有焊接方法的焊缝出现设计不允许的缺陷时，均允许补焊。真空钎焊补焊前仅挖排钎料，补焊峰值温度(t-20)，其余参数不变，其中t为首次钎焊的峰值温度。电阻点焊允许在原焊点熔核上补焊，工艺参数不变。激光焊、氩弧焊焊缝缺陷处要求挖排干净后，进行补焊，工艺参数不变。至此，完成针栓式喷注器的全部焊接加工。
通过上述焊接方法，实现了复杂结构针栓式喷注器的连接成型，实现了高温合金组件与不锈钢组件的优质连接，焊缝密封性好，可承受高压。该方法连接成型方案可靠，适当修改后可用于其他材料、类似结构喷注器的连接成型。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了通过激光焊完成点火机构的焊接工作；通过真空钎焊完成点火机构与雾化室的焊接工作；通过电阻点焊完成丝网机构的焊接工作；通过氩弧焊完成管道机构的焊接工作；针对不同的部件运用不同的焊接工艺，使复杂结构的针栓式喷注器形成牢固的连接，保证高温合金材质的部件与不锈钢材质的部件形成优质连接，焊缝密封性好，可承受高压。这样，有效解决了现有技术中普通熔焊方法施焊无法满足针栓式喷注器焊接要求的技术问题，实现了用于含大量高温合金、不锈钢组件的喷注器的焊接，各类焊缝接头气密性好，高温承载性能好，为液体火箭发动机提供实用可靠的喷注器的技术效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。