[发明专利]一种超塑成形/扩散连接的简易进气装置和进气方法

说明书

本发明属于钛合金的超塑成形/扩散连接技术领域，具体涉及一种超塑成形/扩散连接的简易进气装置和进气方法，采用双向阀门实现进气和排气的切换。其工作过程是在升温过程时通过双向阀门实现内外层同时抽真空，当升温至成形设定温度后开始外层进气，此时外层发生超塑成形。内层继续抽真空，使内层在真空状态下实现扩散连接。当外层进气完成后切换到内层进气，关闭抽真空设备，并打开外层的排气口阀门。整个超塑成形/扩散连接进气过程，通过阀门控制，实现了在真空下切换，避免了内外层进气切换过程中材料氧化而影响扩散连接。

技术领域

本发明属于金属材料的超塑成形/扩散连接技术领域，具体涉及一种高温高压下金属材料超塑成形/扩散连接简易进气装置和进气方法。

背景技术

超塑成形/扩散连接技术是利用材料在一定温度(通常为0.5tm)和压力下的超塑性和固态扩散的能力，在一个热循环中完成构件的外轮廓成形和内部结构的扩散连接，从而实现一种空心减重结构制造技术。由于这种空心结构具有减重明显，刚度强度高等优点已经作为主承力结构件广泛应用于飞机和导弹上，其应用最成熟的领域是钛合金超塑成形/扩散连接技术。通过超塑成形/扩散连接技术制备的钛合金空心结构件已经于飞机大型壁板、翼梁、舱门、发动机叶片以及导弹翼类构件等关键部位。

近几年来，随着新型钛合金材料和Ti-Al金属间化合物(譬如，Ti55、Ti2AlNb合金，Ti3Al等)不断开发，此类材料的超塑成形/扩散连接技术成为研究热点。然而超塑成形/扩散连接是一种特殊的工艺过程，需要有专用设备才能实现，设备至少必须有主压力加载系统，加热系统和进气系统，三者分别实现的主要功能是保持合模力、提供成形所需的热源以及提供胀形和扩散连接的压力。目前国内拥有超塑成形/扩散连接专用设备的机构并不多，仅局限于一些航空航天类军工科研单位，很多高校因没有专用设备还无法开展超塑成形/扩散连接工艺的探索和研究，这很大程度上制约了该工艺在国内的推广应用，也制约了新材料的推广应用步伐。

对于新材料的超塑成形/扩散连接工艺研究，由于材料本身成本高，前期研究时一般采用小尺寸的单元件进行工艺探索，若用专用设备进行小尺寸单元件研制遇到一些问题，其一专用设备台面较大，如果用大台面设备来进行新材料单元件试制，不仅能源浪费，对设备损坏也很严重，因为专用设备加热平台采用金属平台，台面较大，成形温度一般在920-960℃，在成形小尺寸零件时，金属平台仅中间部位受力，势必会导致金属平台变形，所以一般不会采用大设备成形小尺寸零件。国内一些机构常用做法是利用小型压力机上安装上加热炉来进行新材料超塑成形/扩散连接工艺的探索，其成形所需的气体压力用气瓶直接提供，用真空系统保证扩散连接所需的真空度。由于液压机改造的设备不具备接入气路系统的条件，在进行进气和真空切换的时候需多次拆卸和连接，在拆卸和连接时容易使内层和外层吸入空气发生氧化，给工艺研究带来困难。

发明内容

本发明目的是提出一种适用于新材料超塑成形/扩散连接工艺探索的简单进气装置和进气方法，该方法是在超塑成形/扩散连接的简易进气装置中完成的，该系统可与非专用超塑成形/扩散连接设备配套使用，从而实现超塑成形/扩散连接工艺。具体技术方案如下

一种超塑成形/扩散连接的简易进气系统，包括第一双向阀门、第二双向阀门、第三双向阀门、第四双向阀门、第五双向阀门、四个球形密封接头，真空系统、气源系统组成。第一双向阀门，第二双向阀门，第三双向阀门采用三通管连接在一起，其中第一双向阀门和气源系统连接，实现气源的切断和打开；第二双向阀门控制成型零件的外层洗气，抽真空和充气功能；第三双向阀门作为内层和外层独立工作的切断阀门；第四双向阀门和真空系统相连，是真空系统开合的主要控制阀，第五双向阀门和成型零件的内层连接。

一种超塑成形/扩散连接简易进气方法，包括如下步骤

第一步，内外层洗气