[发明专利]一种用于薄壁结构的热等静压-钎焊复合成形方法

说明书

本发明属于热等静压成形和焊接领域，并公开了一种用于薄壁结构的热等静压‑钎焊复合成形方法。该方法包括下列步骤：（a）根据零件形状对薄壁结构进行加工处理，加工出下盖板和具有微孔道和抽气口的上盖板；（b）对上盖板和下盖板的待连接表面进行清洗、打磨和抛光处理；（c）将型芯材料填充至微孔道中；（d）将钎料置于上盖板和下盖板的待连接表面之间，固定，然后封装；（e）将封装后的上盖板和下盖板进行热等静压；（f）去除上盖板和下盖板的外围焊接部分，去除型芯材料，以此获得薄壁构件。通过本发明，实现在低温下薄壁结构件与型芯的连接，连接处组织均匀，宏观偏析少。

技术领域

本发明属于热等静压成形和焊接领域，更具体地，涉及一种用于薄壁结构的热等静压-钎焊复合成形方法。

背景技术

随着航空航天科技的迅猛发展，在一些关键部位对材料的要求越来越苛刻，由于长期工作在较高的温度环境下，要求材料具有良好的高温强度和疲劳性能以保证航空航天设备的安全性和稳定性。

航空航天发动机是火箭的“心脏”，其涡轮、机匣等关键零部件结构复杂，材料难以加工，导致成形制造难度大。随着航天技术的不断发展，对发动机推重比的要求不断提高，进一步提高了对材料的要求。发动机主要由涡轮、推进剂输送泵和燃烧室组成。涡轮材料主要有镍基合金、钴基合金和钛合金。相比于涡轮和推进剂输送泵，燃烧室的环境更为严酷，室内燃烧温度可达到3000℃以上。在这种高温条件下，任何材料都会发生软化或者是熔化，只有对燃烧室以及燃气出口处进行冷却才能保证材料有必要的强度。对于液体燃料发动机，常采用多孔流道结构的材料作为安装板，利用自身低温液体燃料以增加冷却效果。除此之外，有些航空器的外蒙皮以及喷管也会采用这种结构，这些关键部位零件一般为多层结构，内部具有复杂流道，同时尺寸较大。在加工成形这些零件时，常采用激光焊接、真空钎焊等工艺，但是对于这种零件，采用这两种焊接对加工和装配的精度要求较高，比如真空钎焊，要求焊接间隙在0.1mm左右，而对于复杂、大型结构有难以保证焊接质量，常出现焊瘤、夹渣等缺陷，并且复杂结构的空间也难以满足工艺要求。

为了解决上述存在的问题，提出了采用热等静压-钎焊复合（HIP-BRAZING）成形的工艺。热等静压技术最早用于铸件的致密化处理，通过热等静压处理可以有效的消除铸件内的缺陷和孔隙。利用热等静压进行扩散连接也是热等静压的另一重要应用，在高温高压作用下，两种不同的材料如金属-金属、金属-非金属、非金属-非金属，表面原子快速移动，局部发生塑性变形，在界面处形成新的扩散层，从而实现可靠连接。但直接使用热等静压进行扩散链接所需的温度较高，对基体本身材料有影响，因此限制了其应用，为了降低扩散连接所需要的温度，同时获得良好的连接界面，因此提出了本发明的加工方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于薄壁结构的热等静压-钎焊复合成形方法，用于连接同种或异种材料，形成焊接部位性能优良的具有内部复杂流道的多层薄壁结构的零部件，其中，通过利用热等静压高温高压的条件，使具备有内部复杂流道结构的板材进行扩散连接，而为了降低热等静压温度对薄壁结构板材组织和性能的影响，在薄壁结构和型芯之间填充熔点较低的钎料，在较低的温度下和一定的压力条件下实施热等静压，使薄壁结构和型芯均与钎料之间发生原子充分扩散，从而实彼此之间的连接，由此解决薄壁结构难以连接以及连接时热等静压温度高的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于薄壁结构的热等静压-钎焊复合成形方法，该方法包括下列步骤：

（a）根据零件形状对薄壁结构进行加工处理，加工出下盖板和具有微孔道和抽气口的上盖板，所述薄壁结构的材料为钛合金或镍基高温合金材料；

（b）对所述上盖板和下盖板的待连接表面进行清洗、打磨和抛光处理；

（c）将型芯材料按照一定比例配成胶状体，并填充到所述上盖板的微孔道中，所述型芯材料为水溶性氧化钙基复合材料；