一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法，属于焊接技术领域，解决了现有的爆炸焊接方式不能生产出高质量的复杂空心通道构件的技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，涉及爆炸焊接，特别是一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法
。

技术介绍

[0002]许多铸造燃气轮机部件
、
高温散热部件
、
面向等离子体防护部件，由具有复杂空心通道的高温材料组成，因为这些材料比大多数其他材料更能承受极热和腐蚀性环境，且内部的空心通道可以提供冷却液主动冷却的流道
。
为了实现高散热效率，空心通道部件具有复杂的机械几何构造，或者具有表面耐高温的复合层，因此难以通过单纯机械加工的方式制备
。
此外，出于机械配合
、
使用工况以及成本等的考虑，这种复杂空心通道的部件常常由两种以上的异种金属材料复合而成，面向恶劣环境的一面的覆板较部件其他材料更能承受极热和腐蚀性环境
。
对于这种异种金属板之间的组合常会用到焊接工艺，而激光或电子束焊接异种金属时，残余应力以及脆性金属间化合物比较严重，而且面向恶劣环境的一面的覆板如果产生高温熔化焊缝，焊接后不能满足部件使用力学性能的要求，或对使用寿命有影响
。
再者，目前的空心通道部件由于在高热环境中持续暴露而损坏，需要更换或维修
。
但是，这些中空部件不容易通过导致基层熔化的工艺进行焊接修复，例如氩弧焊工艺和钎焊工艺，因为凝固和再热开裂通常由这种热依赖性的焊接工艺引起
。
[0003]综上可知，对于具有复杂空心通道的两种以上金属材料元件的制作和修复采用激光
、
电子束焊接或者氩弧焊和钎焊工艺都不适用，通常采用固态焊接
。
在固态焊接中，基层不发生大规模熔化，可以使得面向高热流和腐蚀性等恶劣环境的一面不会产生高温熔化焊缝
。
爆炸焊接工艺是固态焊接工艺，通过大面积布炸药的高速冲击产生焊缝，而不会显着提高任何工件的温度，而没有热依赖性熔焊工艺的缺点，因此爆炸焊接常用于制作两种以上异种金属的组合
。
[0004]在爆炸焊接组合或者修复内部有空心通道的复合金属元件时，通常需要在基层的开放式空心通道内填充抗压缩材料，如水
、
工业油
、
陶瓷材料
、
高硬度有机材料
、
低熔点金属，或者沙子等，用于支撑基层，防止基层的焊接面在爆炸冲击焊接过程中发生变形，但是这些填充材料在爆炸焊接时难免会进入焊缝污染界面，进而降低了结合强度
。
此外，由于爆炸焊接的工艺可控性差，高速冲击也会产生焊接开裂，因此，如何制作出高质量的复合材料的复杂空心构件就成了一个需要解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]鉴于以上分析，本专利技术提出一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法，采用激光焊
、
电子束焊等高能熔化焊和爆炸焊接相结合的工艺，使得可以生产出高质量的复合材料的复杂空心构件
。
然而由于两者属于完全不同的焊接工艺，因此复合方面必须综合考虑两者的特性，而不是工序的简单线性叠加
。
[0006]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术提供了一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法，包括如下步骤：
[0008]步骤
1、
通过激光或电子束焊接的熔焊工艺，用空心通道凹槽密封板2将基体1上的空心通道凹槽密封，采用对接型式焊接形成周向冶金密封的复杂空心通道
11
，同时组合形成基层
12
；
[0009]步骤
2、
将基层
12
的焊接面加工为粗糙度小于3微米的无氧化层光洁面；
[0010]步骤
3、
将空心通道
11
充满抗压缩材料7的基层
12
焊接面向外，放置于焊接现场地基9上；
[0011]步骤
4、
在基层
12
焊接面的对面设置覆板3，在覆板3焊接面的背面胶合支撑盖板4，支撑盖板4的周边超出覆板3的周边，在支撑盖板4超出覆板3的周边部位设置垫片机构5，垫片机构5用于支撑覆板3和支撑盖板4，使得覆板3和基层
12
之间没有障碍物；
[0012]步骤
5、
将爆炸组合物6布置在支撑盖板4的外表面上；
[0013]步骤
6、
通过与爆炸组合物6相连的引爆系统
10
控制引爆，实现基层
12
和覆板3的爆炸焊接；
[0014]步骤
7、
焊接后，排出或除去空心通道
11
中的抗压缩材料7，对材料进行加工，以使爆炸焊接后的材料的外轮廓符合所需轮廓
。
[0015]进一步的，步骤1中，基体1的空心通道凹槽部位和密封板2为相同的金属材质
。
[0016]进一步的，步骤4中，覆板3和基层
12
平行设置
。
[0017]进一步的，覆板3和基层
12
的间隔距离为覆板3厚度的
0.3
～5倍
。
[0018]进一步的，步骤4中，垫片机构5使用一种或多种
。
[0019]进一步的，采用下列步骤确定爆炸焊接工艺参数：
[0020]步骤Ⅰ、
确定爆炸焊接中的基层
12
和覆板3，基层
12
和覆板3平行设置；
[0021]步骤Ⅱ、
根据基层
12
和覆板3的材料参数，确定爆炸焊接时的碰撞点速度
V
c
的可选范围；
[0022]步骤Ⅲ、
根据基层
12
和覆板3的材料参数，将覆板动能作为焊接能来源，根据最小焊接能量需求确定爆炸焊接时覆板冲击速度
V
p
的最小值
V
pmin
，并参照第四强度理论和焊接能量需求确定碰撞角
θ
的取值范围，进而确定碰撞角
θ
、
碰撞点速度
V
c
和覆板冲击速度
V
p
的具体数值；
[0023]步骤Ⅳ、
根据覆板冲击速度
V
p
、
碰撞角
θ
、
爆炸组合物6的爆速
V
d
，以及覆板
3、
爆炸组合物6的物理参数，依据功能守恒原理，计算基层
12
和覆板3的间距
A
；
[0024]步骤
Ⅴ
、
根据覆板冲击速度
V
p
、
爆炸组合物6的爆速
V
d
，以及覆板
3、
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有复杂空心通道的复合材料的复合焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
1、
通过激光或电子束焊接的熔焊工艺，用空心通道凹槽密封板
(2)
将基体
(1)
上的空心通道凹槽密封，采用对接型式焊接形成周向冶金密封的复杂空心通道
(11)
，同时组合形成基层
(12)
；步骤
2、
将基层
(12)
的焊接面加工为粗糙度小于3微米的无氧化层光洁面；步骤
3、
将空心通道
(11)
充满抗压缩材料
(7)
的基层
(12)
焊接面向外，放置于焊接现场地基
(9)
上；步骤
4、
在基层
(12)
焊接面的对面设置覆板
(3)
，在覆板
(3)
焊接面的背面胶合支撑盖板
(4)
，支撑盖板
(4)
的周边超出覆板
(3)
的周边，在支撑盖板
(4)
超出覆板
(3)
的周边部位设置垫片机构
(5)
，垫片机构
(5)
用于支撑覆板
(3)
和支撑盖板
(4)
，使得覆板
(3)
和基层
(12)
之间没有障碍物；步骤
5、
将爆炸组合物
(6)
布置在支撑盖板
(4)
的外表面上；步骤
6、
通过与爆炸组合物
(6)
相连的引爆系统
(10)
控制引爆，实现基层
(12)
和覆板
(3)
的爆炸焊接；步骤
7、
焊接后，排出或除去空心通道
(11)
中的抗压缩材料
(7)
，对材料进行加工，以使爆炸焊接后的材料的外轮廓符合所需轮廓
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述基体
(1)
的空心通道凹槽部位和密封板
(2)
为相同的金属材质
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，覆板
(3)
和基层
(12)
平行设置
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述覆板
(3)
和所述基层
(12)
的间隔距离为所述覆板
(3)
厚度的
0.3
～5倍
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述垫片机构
(5)
使用一种或多种
。6.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下列步骤确定爆炸焊接工艺参数：步骤Ⅰ、
确定爆炸焊接中的所述基层
(12)
和所述覆板
(3)
，所述基层
(12)
和所述覆板
(3)
平行设置；步骤Ⅱ、
根据所述基层
(12)
和所述覆板
(3)
的材料参数，确定爆炸焊接时的碰撞点速度
V
c
的可选范围；步骤Ⅲ、
根据所述基层
(12)
和所述覆板
(3)
的材料参数，将覆板动能作为焊接能来源，根据最小焊接能量需求确定爆炸焊接时覆板冲击速度
V
p
的最小值
V
pmin
，并参照第四强度理论和焊接能量需求确定碰撞角
θ
的取值范围，进而确定碰撞角
θ
、
碰撞点速度
V
c
和覆板冲击速度
V
p
的具体数值；步骤Ⅳ、
根据覆板冲击速度
V
p
、
碰撞角
θ
、
所述爆炸组合物
(6)
的爆速
V
d
，以及所述覆板
(3)、
所述爆炸组合物
(6)
的物理参数，依据功能守恒原理，计算所述基层
(12)
和所述覆板
(3)
的间距
A
；步骤
Ⅴ
、
根据覆板冲击速度
V
p
、
所述爆炸组合物
(6)
的爆速
V
d
，以及所述覆板
(3)、
所述爆炸组合物
(6)
的物理参数，依据动量守恒原理，计算布药厚度
ζ
。7.
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤Ⅲ中，所述焊接能和所述覆板动
能成正比关系，所述焊接能下限和所述覆板冲击速度
V
p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：仵凤勇，王斌，马建强，朱冬妹，周福见，郭成龙，田启超，
申请(专利权)人：北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：