全真空电子束焊组合式直流互击头部结构及焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构及焊接方法，包括法兰壳体、喷注器芯体以及盖板，所述法兰壳体的一端通过全真空电子束焊焊接的方式连接所述盖板用以将通过所述法兰壳体的第一推进剂与外部隔开，所述法兰壳体的另一端通过全真空电子束焊焊接的方式与喷注器芯体的上端、下端连接分别用以将所述第一推进剂和第二推进剂隔开、第二推进剂与外部隔开。当第一推进剂为可燃剂时，第二推进剂为助燃剂；当第一推进剂为助燃剂时，第二推进剂为可燃剂，本发明专利技术采用真空电子束焊工艺取代复杂的钎焊工艺焊接组合式直流互击头部结构，有效解决了因钎焊引起的头部结构泄漏和变形导致的风险，提高了发动机生产的合格率和产品的可靠性。率和产品的可靠性。率和产品的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
全真空电子束焊组合式直流互击头部结构及焊接方法


[0001]本专利技术涉及液体火箭发动机领域，具体地，涉及一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构及焊接方法，尤其涉及一种采用全真空电子束焊焊接的双元姿轨控发动机组合式直流互击头部结构及焊接方法。

技术介绍

[0002]双元空间姿轨控发动机是为导弹、火箭及航天器的姿态控制和轨道转移提供控制力的动力装置，具有高比冲、快响应、可多次启动和冲量控制精度高等优势。双元空间姿轨控发动机主要由推力室和控制阀组成，推力室则由喷注器头部和喷管身部组成。喷注器头部结构用于实现推进剂的流量分配、雾化、混合和燃烧，是发动机高性能和可靠工作的关键部件。
[0003]基于直流互击式喷注器头部具有结构简单、适应性强等优点，被广泛地应用于不同型号的双元姿轨控发动机中。直流互击式喷注器头部主要由法兰壳体、喷注器芯体、流量分配板或盖板等零件组合而成，零件之间通常采用常规钎焊或扩散钎焊连接。然而，钎焊焊接需要在对接零件之间填充额外的钎焊料，零件对接面加工的平面度和装配间隙的精度要求高，装配及焊接工艺难度和复杂性高。此外，实际发动机生产过程中发现，钎焊容易造成头部焊接泄漏和变形，难以达到气密性和推力轴线精度要求，导致产品合格率降低，同时推进剂燃料和氧化剂还存在互相串腔引起爆炸的风险，但是现有技术中没有可靠的方案解决现有技术的不足，技术人员也一直研发和摸索试验中，但仍未得到有效的研究成果。因此，需要通过优化设计头部结构，设计一种能够提高头部产品合格率和可靠性的结构，以解决以上缺陷。
[0004]专利文献CN110242439A公开了一种基于层板扩散焊的发动机喷注器、制造方法以及发动机，其中喷注器包括层板(11)；Nm个所述层板(11)分别设置有设定的层板流道结构单元；Nm个所述层板(11)依次通过扩散焊相互连接；Nm个所述层板流道结构单元按照设定的方式相互连接形成喷注器流道；其中Nm为大于1的整数，但该设计采用扩散焊容易造成头部焊接泄漏和变形。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构及焊接方法。
[0006]根据本专利技术提供的一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构，包括法兰壳体、喷注器芯体以及盖板；
[0007]所述法兰壳体的一端通过全真空电子束焊焊接的方式连接所述盖板用以将通过所述法兰壳体的第一推进剂与外部隔开，所述法兰壳体的另一端通过全真空电子束焊焊接的方式与所述喷注器芯体的上端、下端连接分别用以将所述第一推进剂和第二推进剂隔开、第二推进剂与外部隔开，其中，当所述第一推进剂为可燃剂时，所述第二推进剂为助燃
剂；当所述第一推进剂为助燃剂时，所述第二推进剂为可燃剂。
[0008]优选地，所述法兰壳体上设置有中心腔孔以及下腔孔；
[0009]所述中心腔孔包括上中心腔孔以及设置在所述上中心腔孔两端的台阶孔、中间环板；
[0010]所述盖板匹配安装在所述台阶孔中且周向与所述台阶孔通过全真空电子束焊焊接；
[0011]所述喷注器芯体上设置有集液腔室以及集液腔槽道，所述集液腔槽道沿所述集液腔室的周向布置且所述集液腔室和集液腔槽道之间延伸出凸台结构；
[0012]所述喷注器芯体匹配安装在所述下腔孔中且所述凸台结构延伸到所述中间环板中，其中，所述喷注器芯体与所述下腔孔通过全真空电子束焊焊接，所述凸台结构与所述中间环板通过全真空电子束焊焊接；
[0013]所述中心腔孔的两侧分别设置有第一推进剂进口流道、第二推进剂进口流道，所述喷注器芯体上设置有第一喷注孔以及第二喷注孔，所述第一推进剂进口流道、上中心腔孔、第二喷注孔依次连接用于输送所述第一推进剂，所述第二推进剂进口流道、集液腔槽道、第一喷注孔依次连接用于输送所述第二推进剂。
[0014]优选地，所述台阶孔的深度与所述盖板的厚度相等；
[0015]所述台阶孔的内径与所述盖板的外径相等；
[0016]所述喷注器芯体的外径、厚度分别与所述下腔孔的内径、深度相等；所述凸台结构的外径、高度分别与所述中间环板的内径、厚度相等。
[0017]优选地，所述助燃剂采用四氧化二氮、绿色四氧化二氮或红烟硝酸；
[0018]所述可燃剂采用一甲基肼、无水肼或偏二甲肼。
[0019]优选地，所述法兰壳体、喷注器芯体、盖板采用不锈钢、钛合金或高温合金。
[0020]优选地，通过全真空电子束焊焊接的焊缝熔深δ均通过对接焊缝接头受剪切强度校核计算确定：
[0021][0022]其中，S
i
为受力面积，l
i
焊缝长度，P为工作压力，σ
0.2
为金属材料屈服强度，n为安全系数，为按接头等级标准取值。
[0023]优选地，所述焊缝熔深δ设计值应满足所述安全系数n＞2。
[0024]根据本专利技术提供的一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构的焊接方法，包括如下步骤：
[0025]S1：以法兰壳体1的下腔孔的上表面为支撑面，将喷注器芯体装配于法兰壳体的下腔孔内；
[0026]S：利用真空电子束焊沿着下腔孔与喷注器芯体的圆形对接面焊接，防止喷注器芯体外圈集液腔内的第二推进剂泄漏，再通过真空电子束焊焊接中间环板与凸台结构的对接面，以隔绝喷注器芯体内圈的集液腔室与外圈的集液腔槽道；
[0027]S：以法兰壳体中心上方台阶孔的下表面为支撑面，将盖板装配于法兰壳体的台阶孔内；
[0028]S：通过真空电子束焊焊接盖板与台阶孔的对接面，防止上中心腔孔内的第一推进
剂泄漏。
[0029]优选地，所述真空电子束焊的焊缝熔深通过对接焊缝接头受剪切强度校核计算及强度试验来确定，保证发动机工作时足够的强度安全系数。
[0030]优选地，所述下腔孔的下表面与喷注器芯体的下表面平齐，法兰壳体的中间环板的上表面与喷注器芯体上的凸台结构的上表面平齐，且通过刻线将两个零件对齐；
[0031]所述盖板上表面与台阶孔上表面平齐并低于控制阀对接面。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0033]1、本专利技术采用真空电子束焊工艺取代复杂的钎焊工艺焊接组合式直流互击头部结构，有效解决了因钎焊引起的头部结构泄漏和变形导致的风险，提高了发动机生产的合格率和产品工作的可靠性。
[0034]2、本专利技术中提供的结构和方法扩展性强，既能够适用于高室压发动机，又适用于低室压发动机；既能够适用于轨控发动机，又适用于姿控发动机；既能够适用于非自然推进剂，又适用于自燃推进剂且能够适用于不同推进剂的组合，应用范围广泛，实用性强，能够根据不同的应用场景灵活选择。
[0035]3、本专利技术中法兰壳体、喷注器芯体以及盖板相匹配的结构为实施真空电子束焊提供了基础，结构简单，实用性强。
附图说明
[0036]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全真空电子束焊组合式直流互击头部结构，其特征在于，包括法兰壳体(1)、喷注器芯体(2)以及盖板(3)；所述法兰壳体(1)的一端通过全真空电子束焊焊接的方式连接所述盖板(3)用以将通过所述法兰壳体(1)的第一推进剂与外部隔开，所述法兰壳体(1)的另一端通过全真空电子束焊焊接的方式与所述喷注器芯体(2)的上端、下端连接分别用以将所述第一推进剂和第二推进剂隔开、第二推进剂与外部隔开，其中，当所述第一推进剂为可燃剂时，所述第二推进剂为助燃剂；当所述第一推进剂为助燃剂时，所述第二推进剂为可燃剂。2.根据权利要求1所述的全真空电子束焊组合式直流互击头部结构，其特征在于，所述法兰壳体(1)上设置有中心腔孔(11)以及下腔孔(114)；所述中心腔孔(11)包括上中心腔孔(112)以及设置在所述上中心腔孔(112)两端的台阶孔(111)、中间环板(113)；所述盖板(3)匹配安装在所述台阶孔(111)中且周向与所述台阶孔(111)通过全真空电子束焊焊接；所述喷注器芯体(2)上设置有集液腔室(22)以及集液腔槽道(23)，所述集液腔槽道(23)沿所述集液腔室(22)的周向布置且所述集液腔室(22)和集液腔槽道(23)之间延伸出凸台结构(24)；所述喷注器芯体(2)匹配安装在所述下腔孔(114)中且所述凸台结构(24)延伸到所述中间环板(113)中，其中，所述喷注器芯体(2)与所述下腔孔(114)通过全真空电子束焊焊接，所述凸台结构(24)与所述中间环板(113)通过全真空电子束焊焊接；所述中心腔孔(11)的两侧分别设置有第一推进剂进口流道(14)、第二推进剂进口流道(15)，所述喷注器芯体(2)上设置有第一喷注孔(21)以及第二喷注孔(26)，所述第一推进剂进口流道(14)、上中心腔孔(112)、第二喷注孔(26)依次连接用于输送所述第一推进剂，所述第二推进剂进口流道(15)、集液腔槽道(23)、第一喷注孔(21)依次连接用于输送所述第二推进剂。3.根据权利要求2所述的全真空电子束焊组合式直流互击头部结构，其特征在于，所述台阶孔(111)的深度与所述盖板(3)的厚度相等；所述台阶孔(111)的内径与所述盖板(3)的外径相等；所述喷注器芯体(2)的外径、厚度分别与所述下腔孔(114)的内径、深度相等；所述凸台结构(24)的外径、高度分别与所述中间环板(113)的内径、厚度相等。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：施浙杭，邬二龙，陈泓宇，陈明亮，宋凡，陈晓江，刘昌国，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：