针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，属于火箭喷气推进装置技术领域。该方法包括下料以形成初始的喷管内壁、内壁包套、喷管外壁和外壁包套；将它们的贴合面喷涂止焊剂并依次进行套合；将它们一体热膨胀成形并分开；将喷管内壁和喷管外壁分别进行加工形成冷却通道并进行表面处理；将喷管内壁、内壁包套、喷管外壁和外壁包套再次套合、端头封焊，并进行扩散连接；去除内壁包套和外壁包套，对成形后的喷管进行性能检测，完成喷管的制造。该方法可使钛合金喷管在扩散连接过程中由于热蠕变而产生的槽道槽深变浅、槽宽变窄以及槽道悬空区壁面塌陷的问题得到解决，而且避免槽道截面积在扩散连接过程中变小，避免增大流阻。免增大流阻。免增大流阻。

【技术实现步骤摘要】
针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法


[0001]本专利技术涉及火箭喷气推进装置
，特别涉及一种针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法。

技术介绍

[0002]在地面级主推液体火箭发动机钛合金喷管制造，上面级液体火箭发动机钛合金喷管制造及轨姿控发动机钛合金喷管的制造时，采用传统喷管制造方法制造的钛合金喷管冷却槽道尺寸不可控，钛合金喷管制造过程中热蠕变变形对槽道尺寸和流阻的影响大。
[0003]热蠕变使内壁肋变矮的同时，也使喷管的槽道宽度变窄，槽深变浅，即槽道冷却槽道截面积变小，冷却介质流阻变大，降低了喷管的冷却效果，严重时会使喷管过热烧坏。
[0004]对于热蠕变：同种钛合金材料，晶粒度越大热蠕变现象越不明显，晶粒度尺寸越小热蠕变现象越明显；相对TA15、TC4等钛合金而言，纯钛的热蠕变现象相对不明显；不锈钢、碳钢、高温合金等相对钛合金材料热蠕变现象非常不明显。因此，内壁包套、外壁包套材料应选用：1）纯钛类；2）晶粒度较大的钛合金；3）不锈钢、高温合金等材料。
[0005]热蠕变使喷管槽道悬空区壁面凹陷，也使喷管的槽深变浅，槽道冷却槽道截面积变小，冷却介质流阻变大，降低了喷管的冷却效果，严重时会使喷管过热烧坏。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，该方法可以使得钛合金喷管在扩散连接过程中由于热蠕变而产生的槽道槽深变浅、槽宽变窄以及槽道悬空区壁面塌陷的问题得到解决，而且避免槽道截面积在扩散连接过程中变小，避免增大流阻。
[0007]为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法。所述方法包括对坯料进行下料成形以形成初始的喷管内壁、内壁包套、喷管外壁和外壁包套；将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套的贴合面喷涂止焊剂并依次进行套合；将套合后的所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套一体热膨胀成形并分开；将所述喷管内壁和所述喷管外壁进行加工形成冷却通道并进行表面处理；将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套再次套合、将套合后的端头封焊，并进行扩散连接；以及去除所述内壁包套和所述外壁包套，对成形后的喷管进行性能检测，完成喷管的制造。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，其中，对坯料进行下料成形以形成初始的喷管内壁、内壁包套、喷管外壁和外壁包套包括：对钛合金坯料进行激光下料以形成为扇形展开料；将扇形展开料热滚弯成形、去除焊接边激光切割重熔层、以及纵焊缝焊接以形成为锥筒形结构的喷管内壁、内壁包套、喷管外壁和外壁包套；以及分别将所述喷管内壁、所述内壁包套、所述喷管外壁和所述外壁包套进行纵焊缝焊接质量检测。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述坯料为板料，所述板料的壁厚预留防止变薄的厚度补偿量，所述厚度补偿量为0.1～0.3m，所述热膨胀成形的温度为600～800℃，所述热滚弯成形的温度为700～850℃。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，其中，将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套的贴合面喷涂止焊剂并依次进行套合包括：将所述内壁包套的外型面，所述喷管内壁的内外型面、所述喷管外壁的内外型面、以及所述外壁包套的内型面喷涂止焊剂以防止在后续的热膨胀成形过程中发生粘连；将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套按照形状套合于一起，且相邻的二者之间设置2～3mm的间距。
[0011]其中，所述内壁包套和所述外壁包套材料应为在高温状态下抗蠕变性能好的材料，包括晶粒度相对内壁外壁较大的钛合金、纯钛、不锈钢等材料。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，其中，将套合后的所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套一体热膨胀成形并分开包括：所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套的两端预留40～60mm加工余量，其中，加工余量目的是补偿在胀形过程中的轴向长度缩短；通过动力装置和成形模具对所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套进行一体胀形；以及通过车加工去除两端端头的余量并分开所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述成形模具包括：模具上压板；胀形模具胀芯固接于所述模具上压板的底侧；模具下底板；多个胀形模具胀瓣均布于以胀形模具胀芯投影到所述模具下底板的中心点为圆心的圆周上，且在所述胀形模具胀芯的下压作用下沿着所述圆周的直径方向向外胀形；其中，多个胀形模具胀瓣围设成为倒圆锥形空腔，所述胀形模具胀芯的形状匹配所述空腔的形状；其中，所述动力装置为热成形机，所述模具上压板在所述热成形机的作用下带动所述胀形模具胀芯向下运动，并使得多个所述胀形模具胀瓣径向向外移动，从而带动所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套一体膨胀。
[0014]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述胀形模具胀瓣的数量根据零件的尺寸和零件形状复杂程度确定，膨胀过程中，胀形模具胀瓣的数量由少到多逐渐增加以形成多级膨胀；其中，所述胀形模具胀瓣为10瓣，所述多级膨胀为3级膨胀，其中，在第一级膨胀时，在所述模具下底板上均匀安装8个所述胀形模具胀瓣，在第二级膨胀时，在所述模具下底板上均匀安装9个所述胀形模具胀瓣，在第三级膨胀时，在所述模具下底板上均匀安装10个所述胀形模具胀瓣。
[0015]根据本专利技术的一实施方式，其中，将所述喷管内壁和所述喷管外壁进行机械加工形成冷却通道并进行表面处理包括：在所述喷管内壁的外型面加工冷却介质的槽道，在所述喷管外壁的两端加工冷却介质流入流出的长孔；将所述喷管内壁和所述喷管外壁的扩散连接面的止焊剂去除并进行酸碱洗以保证清洁；将所述喷管内壁和所述喷管外壁套合并使得所述槽道与所述长孔对正以形成冷却通道。
[0016]根据本专利技术的一实施方式，其中，将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套再次套合、将套合后的端头封焊，并进行扩散连接包括：对所述喷管内壁的内型面、所述内壁包套的外型面、述喷管外壁的外型面和所述外壁包套的内型面喷涂止焊剂；依次将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套套合于一起；将套
合后的所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套的上下两侧连接端部的端头焊接封闭；将所述内壁包套、所述喷管内壁、所述喷管外壁和所述外壁包套进行扩散连接，其中，根据不同的喷管材料和槽道结构尺寸设置扩散连接压力为0.2～0.8MPa，扩散连接温度为880～1000℃，对所述槽道进行抽真空且真空度高于9
×
10
‑1Pa，焊接时间设置为50～120分钟之间。
[0017]根据本专利技术的一实施方式，其中，去除所述内壁包套和所述外壁包套，对成形后的喷管进行性能检测，完成喷管的制造包括：扩散连接完成后，去除两端部预留的40～60mm加工余量并将所述内壁包套和所述外壁包套去除以形成喷管；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，包括：对坯料进行下料成形以形成初始的喷管内壁（1）、内壁包套（2）、喷管外壁（3）和外壁包套（4）；将所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）的贴合面喷涂止焊剂（8）并依次进行套合；将套合后的所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）一体热膨胀成形并分开；将所述喷管内壁（1）和所述喷管外壁（3）进行加工形成冷却通道并进行表面处理；将所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）再次套合、将套合后的端头封焊，并进行扩散连接；以及去除所述内壁包套（2）和所述外壁包套（4），对成形后的喷管进行性能检测，完成喷管的制造。2.根据权利要求1所述的针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，对坯料进行下料成形以形成初始的喷管内壁（1）、内壁包套（2）、喷管外壁（3）和外壁包套（4）包括：对钛合金坯料进行激光下料以形成为扇形展开料；将扇形展开料热滚弯成形、去除焊接边激光切割重熔层、以及纵焊缝焊接以形成为锥筒形结构的所述喷管内壁（1）、所述内壁包套（2）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）；以及分别将所述喷管内壁（1）、所述内壁包套（2）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）进行纵焊缝焊接质量检测。3.根据权利要求2所述的针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，所述坯料为板料，所述板料的壁厚预留防止变薄的厚度补偿量，所述厚度补偿量为0.1～0.3mm，所述热膨胀成形的温度为600～800℃，所述热滚弯成形的温度为700～850℃。4.根据权利要求1所述的针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，将所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）的贴合面喷涂止焊剂（8）并依次进行套合包括：将所述内壁包套（2）的外型面，所述喷管内壁（1）的内外型面、所述喷管外壁（3）的内外型面、以及所述外壁包套（4）的内型面喷涂止焊剂（8）以防止在后续的热膨胀成形过程中发生粘连；将所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）按照形状套合于一起，且相邻的二者之间设置2～3mm的间距。5.根据权利要求1所述的针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，将套合后的所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）一体热膨胀成形并分开包括：所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）的两端预留40～60mm加工余量；通过动力装置和成形模具对所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）进行一体热膨胀成形；以及
通过车加工去除两端端头的余量并分开所述内壁包套（2）、所述喷管内壁（1）、所述喷管外壁（3）和所述外壁包套（4）。6.根据权利要求5所述的针对火箭钛合金喷管热蠕变变形的控制及补偿方法，其特征在于，所述成形模具包括：模具上压板（51）；胀形模具胀芯（52），固接于所述模具上压板（51）的底侧；模具下底板（53）；多个胀形模具胀瓣（54），均布于以胀形模具胀芯（52）投影到所述模具下底板（53）的中心点为圆心的圆周上，且在所述胀形模具胀芯（52）的下压作用下沿着所述圆周的直径方向向外胀形；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，吴维贵，
申请(专利权)人：北京智创联合科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：