一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法技术

本申请公开了一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，涉及固体小火箭领域，包括：在铝堵盖和钢喷管表面化学镀覆一层厚7

【技术实现步骤摘要】
一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法


[0001]本专利技术开发了一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，适用于固体小火箭的钢制喷管与铝制堵盖的密封连接。

技术介绍

[0002]固体小火箭是一种高压喷气动力装置，工作时，燃烧室内药柱燃烧生成高温高压燃气，经喷管喷口流出，产生推力，燃气压力通常可达(4～20)MPa。
[0003]为实现良好的建压作用和贮存密封性能，固体小火箭在喷管喷喉的扩张段(即钢喷管2)粘接有铝制堵盖(即铝堵盖1)实现喷口的密封。见图1。
[0004]由于目前喷管和堵盖采用环氧树脂胶3进行粘接，各材料热物性参数差异较大，长时间贮存后，易出现粘接处发脆、开裂、堵盖脱落等问题，最终导致产品失效。因此提出采用焊接密封结构代替传统的胶粘密封结构，进行喷管与堵盖密封，以提升固体小火箭的贮存寿命。
[0005]固体小火箭焊接密封结构有两大问题：
[0006]1)钢喷管与铝堵盖，两种母材成分不同，焊接密封难度较大；
[0007]2)固体小火箭发火建压过程，堵盖的打开压力需精确控制在(1
‑
3.5)MPa之间，以满足药柱的燃烧性能，否则会导致产品工作异常或失效。
[0008]中国专利CN106270890A公开了一种铝钢钎焊方法。在铝材表面进行渗铬，用铝基钎料进行铝钢钎焊连接，钎焊方法为炉中钎焊或真空钎焊，钎焊温度为(585
‑
610)℃，保温时间为(30
‑
200)min，该方法获得铝钢钎焊接头洁净度好，无AlFe金属间化合物产生，钎焊接头抗剪强度为(131
‑
146)MPa。但对于固体小火箭钢喷管铝堵盖密封钎焊而言，该方法钎焊温度过高、保温时间过长，对铝堵盖、钢喷管母材造成过烧、变色，同时损坏喷管表面的镀覆层，产品外观无法满足要求。此外，该方法得到的钎焊接头抗剪强度过高，堵盖打开压力不能满足固体小火箭设计要求，造成发火异常或失效。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，克服了铝钢焊接钎焊温度过高，接头强度过高、密封性差的问题，实现了固体小火箭喷管与堵盖的低温钎焊密封。
[0010]本专利技术的技术解决方案是：
[0011]一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，包括：
[0012]在铝堵盖和钢喷管表面化学镀覆一层厚7
‑
12μm的镀Ni层；
[0013]将焊剂置于铝堵盖的外周向与钢喷管的锥形口内壁之间，得到装配好的喷管组件；
[0014]将喷管组件置于180
‑
280℃条件下保温10
‑
30min；取出喷管组件进行冷却；
[0015]所述焊剂包括钎料和助焊剂，钎料为锡铅钎料、锡银铜钎料、或锡铋钎料。
[0016]所述焊剂用量0.25
‑
0.35g。
[0017]通过上述技术方案，铝堵盖和钢喷管为固体小火箭的一部分，固体小火箭的使用环境温度范围较大，那么需要满足其应用的低温环境。通过本申请的方法得到的焊接后的喷管组件具有良好的低温稳定性，同时能够在2
±
0.5MPa范围的压力下打开，气密性良好。
[0018]所述镀Ni层的镀覆质量满足QJ491
‑
86要求。
[0019]所述助焊剂可以为含中等活性(RMA)或无活性(R)助焊剂的Sn63Pb37焊膏、Sn96.5Ag3Cu0.5焊膏、Sn42Bi58焊膏。
[0020]所述铝堵盖与钢喷管之间通过焊剂的焊接面积为(300
‑
550)mm2；堵盖高度为3
‑
6mm，外径为(22
‑
44)mm。
[0021]以焊剂质量为百分之百计，所述焊剂包括88
‑
93％钎料、7
‑
12％助焊剂。
[0022]以锡铅钎料质量为百分之百计，所述锡铅钎料中，锡含量为40
‑
70％，余量为铅；钎料为锡铅钎料时，喷管组件在210
‑
260℃条件下保温10
‑
30min。
[0023]所述以锡银铜钎料质量为百分之百计，所述锡银铜钎料中，锡含量95.3
‑
96.5％，银含量为3
‑
4％，铜含量为0.5
‑
0.7％；钎料为锡银铜钎料时，喷管组件在240
‑
280℃条件下保温10
‑
30min。
[0024]所述以锡铋钎料质量为百分之百计，所述锡铋钎料中，锡含量为40
‑
42％，余量为铋；钎料为锡铋钎料时，喷管组件在180
‑
230℃条件下保温10
‑
30min。。
[0025]所述焊剂为膏状；将焊剂置于铝堵盖与钢喷管之间的方法为：将膏状的焊剂均匀涂覆至铝堵盖外表面一圈，再将涂覆有焊剂的铝堵盖放入钢喷管中进行装配。
[0026]所述钎料为圆环形；将焊剂置于铝堵盖与钢喷管之间的方法为：将助焊剂涂覆于圆环形钎料的内外两侧，然后将圆环形钎料套设于铝堵盖外、再将铝堵盖和圆环形钎料一起置于钢喷管内。
[0027]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0028](1)本专利技术开发了一种固体小火箭钢喷管与铝堵盖的钎焊密封连接方法，代替传统胶粘连接方法，解决了固体小火箭长期贮存后接头发脆、开裂、堵盖脱落等问题。
[0029](2)本专利技术采用锡基软钎料，通过量化钎料使用量和钎缝面积，实现了堵盖打开压力在(2
±
0.5)MPa范围，满足了固体小火箭的设计使用要求。
[0030](3)本专利技术采用低温，大气环境下钎焊的方法，产品钎焊后外观良好，无需焊后清洗，操作便捷，无需长时间固化过程，生产效率高，适用于固体小火箭喷管组件的大批量生产。
附图说明
[0031]图1为
技术介绍
中固体小火箭喷管组件结构示意图；
[0032]图2为本申请实施例中Sn63Pb37焊膏涂覆示意图；
[0033]图3为本申请实施例中喷管堵盖装配示意图；
[0034]图4为本申请实施例中的焊缝射线检查图；
[0035]图5为本申请实施例中的焊缝EDS测试图；
[0036]图6为钢母材侧焊缝界面背散射电子图；
[0037]图7为铝母材侧焊缝界面背散射电子图；
[0038]附图标记说明：1、铝堵盖；2、钢喷管；3、连接层。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
[0040]每个实施例根据各自的方法重复10次，获得多个喷管组件，并对以下实施例得到的焊接后喷管组件进行以下检测：
[0041]根据QJ1658A
‑
96固体火箭发动机气密性试验方法和Q/QJA 3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，其特征在于：包括在铝堵盖和钢喷管表面化学镀覆一层厚7
‑
12μm的镀Ni层；将焊剂置于铝堵盖的外周向与钢喷管的锥形口内壁之间，得到装配好的喷管组件；将喷管组件置于180
‑
280℃条件下保温10
‑
30min；取出喷管组件进行冷却；所述焊剂包括钎料和助焊剂，钎料为锡铅钎料、锡银铜钎料、或锡铋钎料。2.根据权利要求1所述的一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，其特征在于：所述焊剂用量0.25
‑
0.35g。3.根据权利要求1所述的一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，其特征在于：所述铝堵盖与钢喷管之间通过焊剂的焊接面积为(300
‑
550)mm2；堵盖高度为3
‑
6mm，外径为(22
‑
44)mm。4.根据权利要求1所述的一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，其特征在于：以焊剂质量为百分之百计，所述焊剂包括88
‑
93％钎料、7
‑
12％助焊剂。5.根据权利要求4所述的一种铝与钢环状薄壁结构的钎焊密封方法，其特征在于：以锡铅钎料质量为百分之百计，所述锡铅钎料中，锡含量为40
‑
70％，余量为铅；钎料为锡铅钎料时，喷管组件在210
‑
260℃条件下保温10
‑
30min。6.根据权利要求4所述的一种铝与钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：万强，张乔，王成龙，田淇予，徐竟颜，
申请(专利权)人：四川航天川南火工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：