[发明专利]一种带腔封严环校形与钎焊复合的真空钎焊方法

说明书

本发明涉及一种带腔封严环校形与钎焊复合的真空钎焊方法，包括单件准备：分别准备盘心封严环与过渡蜂窝环；钎料预置；装配定位焊；入炉夹具装配；补充预置钎料：在盘心封严环与过渡蜂窝环外露的对接缝处周向均匀涂覆膏状钎料；真空钎焊；焊后检测：焊后采用目视检查、超声波检查评价钎焊缝质量，满足盘心封严环组件钎焊标准的二级钎焊缝质量要求。本发明解决了低压涡轮盘心封严环组件的一次钎焊合格率低、废品率高及其隐藏的使用安全和可靠性问题，将过渡蜂窝环热胀形、盘心封严环控形与真空钎焊相结合，实现异种材料和带腔结构钎焊的热态间隙控制，最终提高组件一次钎焊合格率，提高组件使用安全性和可靠性。

技术领域

本发明属于航空发动机制造技术领域，尤其涉及一种带腔封严环校形与钎焊复合的真空钎焊方法，用于蜂窝封严环的钎焊制造。

背景技术

蜂窝封严件是航空发动机重要结构件，在发动机冷热端部件中均有应用。蜂窝封严是一种可磨耗气封件，设计时允许预留较小安装间隙，甚至无安装间隙，可以对转静子间隙中的气体流动起到有效地抑制作用，从而降低泄漏损失，提高航空发动机效率，保证航空发动机的稳定高效运行；蜂窝密封还具有收集微小水滴进行去湿的功能，减少了水滴对叶片的冲蚀，提高了叶片的使用寿命和安全性。

某航空发动机低压涡轮盘心封严环是一种典型的蜂窝封严结构件，如图1所示，包括GH4169盘心封严环、GH536过渡蜂窝环及GH536蜂窝芯4三个零件，利用商用镍基合金BNi2真空钎焊而成。GH4169盘心封严环上设计有一环形集气腔，具有结构减重、冷却蜂窝的作用，从而一定程度提高构件使用温度和使用可靠性。GH536过渡蜂窝环为厚度约为1mm的薄壁环形件，起到集气腔密封、支撑GH536蜂窝芯4的作用。该种带冷却集气腔的蜂窝封严结构件在航空发动机零组件中极为罕见，为基于提升发动机整机性能和可靠性制造双重导向下的创新结构件。

组件分为二步钎焊制造，首先进行盘心封严环和过渡蜂窝环的钎焊，确保钎焊质量合格后，再进行蜂窝芯4的钎焊，以确保最终产品质量。由于该组件结构的特殊性、材料的差异性，导致组件在第一步钎焊制造时始终存在一次钎焊焊合率低、成品报废率高的问题，具体原因分析如下：

(1)由于盘心封严环和过渡蜂窝环材料热膨胀系数存在较大差异，钎焊时两零件间的周向热态间隙约为0.4-0.5mm，远超出BNi2钎料的最大间隙填充能力，导致焊缝存在缺陷或钎料缺失。

(2)钎焊前，蜂窝环上下端面与盘心封严环内径壁面，通过储能点焊定位，以确保两者高温下无窜动并保证钎焊间隙。由于盘心封严环因集气腔而存在结构不连续，在储能点焊焊点的作用下受到过渡蜂窝环的限制作用，在钎焊升温过程中，在周向和轴向产生不均匀的热膨胀变形，从而导致腔体部分焊缝间隙不可控，进一步影响了液态钎料金属填缝，产生焊缝缺陷或钎料缺失。

(3)现有真空钎焊入炉夹具选材和结构设计不合理，夹具胀块材料为GH3044，线膨胀系数与GH536相当且略低于GH4169，只能约束过渡蜂窝环直径尺寸，而无法减小过渡蜂窝环与盘心封严环的热态间隙；夹具缺少外部约束状态，对因盘心封严环结构不连续产生的不均匀热变形无约束。综上，现有夹具未能达到有效的热态间隙抑制效果。

(4)为了提高组件成品率，采用了增加预置钎料用量、多次补焊的工艺手段，一方面多余钎料在集气腔内堆积影响集气腔气流流动和使用效果，另一方面，依靠提高钎料用量实现钎焊缝填充，钎焊缝金属增多，其中的低熔点化合物数量和宽度均增加，使得钎焊缝硬脆易开裂、在第二步钎焊蜂窝芯4时易重熔且无法检测，最终影响组件长期使用的可靠性和安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种带腔封严环校形与钎焊复合的真空钎焊方法，解决低压涡轮盘心封严环组件的一次钎焊合格率低、废品率高及其隐藏的使用安全和可靠性问题，将过渡蜂窝环热胀形、盘心封严环控形与真空钎焊相结合，实现异种材料和带腔结构钎焊的热态间隙控制，最终提高组件一次钎焊合格率，提高组件使用安全性和可靠性。

一种带腔封严环校形与钎焊复合的真空钎焊方法，具体包括以下步骤：