Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]Ti3Al基合金具有低密度、较高的弹性模量、高比强度、抗氧化及高温性能好等特点，并且其工作温度较钛合金工作温度高，因此在航空、航天、兵器等领域具有广阔的应用前景。此外，该合金还可以部分替代高温合金使构件减轻约40%，从而对提高航空发动机的推重比和航天飞行器的有效射程及有效发射载荷具有重要意义。
[0003]目前，在我国新型航空发动机导叶内环(直径约Φ600mm左右)的研制上需要将高温合金蜂窝与Ti3Al导叶内环安装边进行连接(圆周焊缝的直径约为550mm?590mm)，连接接头需要满足650°C条件下的使用要求。由于这两类材料的物理性能和化学成分差异大，并且蜂窝属于非常规结构，采用常规的熔焊方法难以实现连接，通常需要采用钎焊等特种连接方法。
[0004]同种材质(如高温合金、钛合金等)的蜂窝与环体连接时不存在热膨胀系数不匹配问题，因此常用的装配方法是将箔带或粘带钎料置于被焊面之间，之后利用储能点焊机进行点焊定位，焊接过程中无需利用其它夹具进行固定(杨烁，杜静，李文学.重型燃机蜂窝结构真空钎焊工艺技术研究.中国新技术新产品，2011，(24): 185;陈娜，卢威.蜂窝严封件钎焊工艺研究.热加工工艺，2013,42(9):238-239.)。而对于高温合金蜂窝与Ti3Al基合金环体的异种材料连接而言，这两种材料由于热膨胀系数不匹配在钎焊后的冷却过程中接头区域存在很大的残余应力，严重时会导致接头直接开裂(陈波，熊华平，毛唯，程耀永.采用T1-Zr-Cu-Ni真空钎焊Ti3AVTi3Al和Ti3Al/GH536接头组织及性能.航空材料学报，2010，30
[5]:35-38.)，这种现象对于大尺寸零件而言更为严重。
[0005]有研究者将稀土元素La加入到钛基钎料中用于钎焊Ti3Al与GH536，结果表明，少量La的加入可以改变钎料的组织，并且提高了接头的力学性能(许鹏，康慧，曲平.镧对钛基钎料钎焊Ti3Al和GH536的影响.中国稀土学报，2007 ,25(2): 253-256.)。还有研究者采用T1-15Cu-15N1、T1-20Cu-20N1、T1-15Cu-25Ni三个成分钎料对Ti3Al基合金自身进行了真空钎焊研究，获得了较高性能水平的接头(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何鹏等采用NiCrSiB钎料在1000-1100°C/1?30min条件下进行了Ti3Al基合金的钎焊研究，其获得的接头最高剪切强度是240_250MPa(P.He，J.C.Feng，H.Zhou.Microstructure andstrength of brazed joints of TisAl-base alloywith NiCrSiB.MaterialsCharacterizat1n，2004,52:309?318)。上述仅是对于试样级别的接头进行了基础性的研究，关于较大尺寸的实际零件的连接研究未见报道。
[0006]采用钎焊方法连接Ti3Al基合金与高温合金蜂窝结构时，需要重点解决两个问题。一是合理设计钎料成分，钎焊时应避免钎料对两种母材的溶蚀，保证接头界面冶金质量良好，同时接头还应具备较高的室、高温强度；另一方面，在Ti3Al与高温合金蜂窝接头中，由于这两种材料热膨胀系数不匹配存在很大的残余热应力，严重时导致接头在焊后直接开裂，因此钎焊过程中应尽量采取有效措施缓解接头应力。为了促进Ti3Al与高温合金蜂窝结构在航空、航天、兵器等领域的工程应用，亟需解决上述技术难题。
【发明内容】
[0007]本实用新型针对上述现有技术状况，从缓解Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝接头中的残余热应力入手，设计了一种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，其目的是有效避免了这两种材料在钎焊过后接头界面直接开裂的问题。
[0008]本实用新型的目的是通过以下技术措施来实现的:
[0009]该种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，其特征在于:该夹具为分体式夹具，由“C"字主体(1)、施压螺钉(2)、弹性加压垫片(3)和弧面压片(4)组成，由高温合金蜂窝
(5)和Ti3Al导叶内环(6)组成的待焊体的底部放置在“C”字主体(I)的内凹型面的下端面上，“C”字主体(I)的内凹型面的上端面加工有用于安装施压螺钉(2)的螺纹孔，施压螺钉(2)的下端通过弹性加压垫片(3)将压力作用在弧面压片(4)的上部，弧面压片(4)的底部与待焊体的上部贴合在一起；
[0010]“C”字主体(1)、施压螺钉(2)和弧面压片(4)的材料为不锈钢，弧面压片(4)的厚度为5mm?10mm，弹性加压垫片(3)的材料为纯钼或钼合金，厚度为0.2mm?0.5mm，施压螺钉(2)的规格为M4?MlO。
[0011 ]本实用新型夹具的优点和有益效果是:
[0012]该夹具通过钼弹片的作用，可以在零件升温、保温和降温过程中始终保持压力，在该压力作用下，可抑制高温合金蜂窝在钎焊过后冷却过程中的正常收缩，保证其与Ti3Al材料同步收缩，从而有效降低了由于这两种材料热膨胀系数不匹配带来的接头应力过大甚至直接开裂的风险。具体如下:
[0013]一、零件在装配之后，在钼弹性垫片的作用下，保证了高温合金蜂窝与Ti3Al导叶内环之间的紧密接触，利于在接头位置形成圆角；
[0014]二、由于钼或钼合金垫片在高温下不会发生软化，在1100°C以下始终具有良好的刚度，因此夹具在整个钎焊过程中均具有压力，在该压力作用下，可抑制高温合金蜂窝在钎焊过后的冷却过程中的正常收缩，保证其与Ti3Al材料同步收缩，从而降低了由于这两种材料热膨胀系数不匹配带来的接头应力过大甚至直接开裂的风险；
[0015]三、适应性强，由于导叶内环组件钎焊时的工装由多套分体式工装夹具组成，因此可用于钎焊不同尺寸的Ti3Al导叶内环，或同一导叶内环不同位置的蜂窝；另外，分体式夹具对零件的拘束度小，钎焊过程中不会对蜂窝造成损伤以及零件变形。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型所述夹具的结构及与Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊装配的示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述:
[0018]参见附图1所示，该种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具由“C”字主体
(1)、施压螺钉(2)、弹性加压垫片(3)和弧面压片(4)组成，由高温合金蜂窝(5)和Ti3Al导叶内环(6)组成的待焊体的底部放置在“C”字主体(I)的内凹型面的下端面上，“C”字主体(I)的内凹型面的上端面加工有用于安装施压螺钉(2)的螺纹孔，施压螺钉(2)的下端通过弹性加压垫片(3)将压力作用在弧面压片(4)的上部，弧面压片(4)的底部与待焊体的上部贴合在一起；
[0019]“C”字主体(1)、施压螺钉(2)和弧面压片(4)的材料为不锈钢，弧面压片(4)的厚度为5mm?10mm，弹性加压垫片(3)的材料为纯钼或钼合金，厚度为0.2mm?0.5mm，施压螺钉
(2)的规格为M4?MlO。
[0020]使用时，将被焊的Ti3Al导叶内环6与高温合金蜂窝5、工装夹具的各个部分置入清洗剂中进行超声清洗，清洗时间为I Omin?30min，然后利用流动的清水进行冲洗，去除表面油污和脏污；
[0021]再将钎料置于Ti3Al导叶内环6被焊面与高温合金蜂窝5之间，之后将弧面压片4摆放在高温合金蜂窝5上端，中间用云母纸进行隔离;在弧面压片4的上方放置“[”字形状的弹性加压垫片3，然后一起放置在“C”字主体(I)的内凹型面内，旋动施压螺钉2对弹性加压垫片3进行加压，使得弹性加压垫片3发生弹性变形。最后对装配好的待焊体置入真空炉中进行钎焊。
[0022]经过检测，采用该分体式工装夹具较采用整体式夹具或不采用夹具的接头质量明显改善，消除了接头中的裂纹，同时保证了钎焊圆角饱满，这对提高组件接头性能是十分有利的。
【主权项】
1.一种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，其特征在于:该夹具为分体式夹具，由“C”字主体(1)、施压螺钉(2)、弹性加压垫片⑶和弧面压片⑷组成，由高温合金蜂窝(5)和Ti3Al导叶内环(6)组成的待焊体的底部放置在“C”字主体(I)的内凹型面的下端面上，“C”字主体(I)的内凹型面的上端面加工有用于安装施压螺钉(2)的螺纹孔，施压螺钉(2)的下端通过弹性加压垫片(3)将压力作用在弧面压片(4)的上部，弧面压片(4)的底部与待焊体的上部贴合在一起； “C”字主体(I)、施压螺钉(2)和弧面压片(4)的材料为不锈钢，弧面压片(4)的厚度为5mm?10mm，弹性加压垫片(3)的材料为纯钼或钼合金，厚度为0.2mm?0.5mm，施压螺钉(2)的规格为M4?Ml O。
【专利摘要】本实用新型是一种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，该夹具为分体式夹具，由“C”字主体(1)、施压螺钉(2)、弹性加压垫片(3)和弧面压片(4)组成，由高温合金蜂窝(5)和Ti3Al导叶内环(6)组成的待焊体的底部放置在“C”字主体(1)的内凹型面的下端面上，“C”字主体(1)的内凹型面的上端面加工有用于安装施压螺钉(2)的螺纹孔，施压螺钉(2)的下端通过弹性加压垫片(3)将压力作用在弧面压片(4)的上部，弧面压片(4)的底部与待焊体的上部贴合在一起；该夹具通过钼弹片的作用，可以在零件升温、保温和降温过程中始终保持压力，保证其与Ti3Al材料同步收缩，从而有效降低了由于这两种材料热膨胀系数不匹配带来的接头应力过大甚至直接开裂的风险。
【IPC分类】B23K3/08, B23K37/04
【公开号】CN205200764
【申请号】CN201521010598
【发明人】陈波, 邹文江, 程耀永, 熊华平
【申请人】中国航空工业集团公司北京航空材料研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月8日