本发明专利技术公开了一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件的扩散焊工艺方法，该扩散焊方法成功地解决了大尺寸Ti2AlNb材料结构的焊接问题，对大尺寸结构难焊接材料提供了更广阔的解决途径；该方法采用两个定位环，对第一毛坯件和第二毛坯件以及第二毛坯件和第三毛坯件的连接面进行定位，可有效避免在对结构件焊接过程中出现对接不精确的问题；通过在3个毛坯件的连接面上加工凸台，避免使燃烧室结构件在焊接过程中因强大压力产生较大塌陷，从而影响燃烧室结构件形状；此外，加工凸台还能提高焊接强度；通过在结构件中心设置承力柱和第二毛坯件的下端面边缘设置支撑柱，可避免因扩散焊时对第一毛坯件上端面的较大压强而导致结构件坍塌的可能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接工艺
，具体涉及一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件 的扩散焊工艺方法。
技术介绍
在产品加工制造过程中，对不同部件进行焊接是常见的保证强度及设计结构的一 种工艺方法。对于大多数材料，都可通过熔化焊技术完成焊接。如图1所示，为某型航天发 动机燃烧室的重要承力结构件的结构示意图，由于该结构件尺寸较大，采用Ti2AlNb合金加 工而成，不适于采用传统的方法加工，因此在实际工程实现上，通常考虑将该结构件分成几 个部分，将各部分加工成型后焊接而成，在产品加工制造过程中，对不同部件进行焊接是常 见的保证强度及设计结构的一种工艺方法。对于大多数材料，都可通过熔化焊技术完成焊 接。Ti2AlNb金属间化合物具有较高的比强度、室温塑性、断裂韧性和蠕变抗力以及较好的 抗氧化性、无磁性等优点，但其显微组织和力学性能对焊接加工具有敏感性，对焊接过程加 热和冷却速度要求严格，焊接参数范围比较窄，焊缝及热影响区的组织复杂，如果采用传统 的熔化焊技术容易出现裂纹和气孔等缺陷。尤其针对Ti2AlNb金属间化合物大尺寸结构件， 目前缺乏相关工程经验，导致结构件焊缝质量不达标，难以正常使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件的扩散焊工艺方 法，能够实现对大尺寸Ti2AlNb合金材料的发动机燃烧室加工和扩散焊接。本专利技术的一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件的扩散焊工艺方法，包括如下步 骤步骤1、根据发动机燃烧室结构件的外形结构和尺寸，选用圆柱状的Ti2AlNb合金 材料的第一毛坯件(I)、第二毛坯件(2)和第三毛坯件(3)作为加工燃烧室结构件的原材 料；再根据发动机燃烧室结构件的内腔结构和尺寸，对第一毛坯件(I)、第二毛坯件(2)和 第三毛坯件(3)分别进行挖空处理，使挖空后的第一毛坯件(I )、第二毛坯件(2)和第三毛 坯件(3)从上到下依次叠放后形成具有初步结构和形状的燃烧室结构件；步骤2、在第二毛坯件(2)的上端面和下端面分别加工一个圆形凸台，两个圆形凸 台的外径分别与第一毛坯件和第二毛坯件的外径一致；分别在第一毛坯件(I)的下端面、 第二毛坯件(2)的两个圆形凸台上和第三毛坯件(3)的上端面加工大小一致的同轴圆环形 的凸台，凸台的高度为O. 2mm-0. 8mm ；步骤3、分别对组成燃烧室结构件的第一毛坯件(I)、第二毛坯件(2)和第三毛坯 件(3)之间的连接面进行抛光处理，保证每个连接面的粗糙度在RaO. 8以下；然后再对每个 连接面进行酸化处理，其中采用的酸洗配方中溶液的体积比为HN03:HF:H20=6:1:12 ；步骤4、对燃烧室结构件进行定位工装，具体方法为将第一毛坯件(I)、第二毛坯件(2)和第三毛坯件(3)从上到下依次同轴叠放，组成燃烧室结构件；采用两个钛合金材料加工的定位环(4)分别套装在第一毛坯件(I)和第 二毛坯件(2)连接处的外圆上以及第二毛坯件(2)和第三毛坯件(3)连接处的外圆上；采用包括承力柱(6)、支撑柱(7)和承力平台(5)的承力结构作为燃烧室结构件的 支撑平台，其中呈圆环形的支撑柱(7)置于承力平台(5)上；承力柱(6)与支撑柱(7)同轴置 于支撑柱(7)的圆环内，将固定好的燃烧室结构件置于承力平台(5)上，使支撑柱(7)处于 第二毛坯件(2)下端面下方，且两者间隙大小与燃烧室结构件经扩散焊后的压缩量一致； 使承力柱(6)处于燃烧室结构件的空腔中，保证承力柱(6)的上端面低于第一毛坯件(I)的 上端面的距离大小与燃烧室结构件经扩散焊后的压缩量一致；所述承力柱(6)和支撑柱(7)均由石墨材料加工而成；步骤5、将承力平台(5)和其上的燃烧室结构件放置于扩散焊炉中，对第一毛坯件(I)、第二毛坯件(2 )和第三毛坯件(3 )进行扩散焊接，具体方法为在扩散焊炉的真空度保持4X10_5Pa条件下，将扩散焊炉内的温度升至350°C，并 保温60分钟；继续升温至800°C，并保温180分钟后，继续升温，当温度达到900°C时，对 第一毛坯件(I)的上端面施加20Mpa的垂直作用力并保持；将扩散焊炉的真空度提高到 7 X 10_5Pa并保持，继续升温至980°C，保温240分钟；控制扩散焊炉停机，使燃烧室结构件随 扩散焊炉自然降温降压。所述支撑柱(7)与第二毛坯件(2)下端面之间的间隙大小为2_-4_。所述承力柱(6)的上端面低于第一毛坯件(I)的上端面的距离大小为2mm-4mm。在所述第二毛坯件(2)与第三毛坯件(3)连接处的外圆上，加工一个环形凹槽，所 述凹槽深度能卡住定位环(4)。本专利技术具有如下有益效果I)本专利技术公开的扩散焊方法成功地解决了大尺寸Ti2AlNb材料结构的焊接问题， 对大尺寸结构难焊接材料提供了更广阔的解决途径；2)通过采用两个定位环，对第一毛坯件和第二毛坯件以及第二毛坯件和第三毛坯 件的连接面进行定位，可有效避免在对结构件焊接过程中出现对接不精确的问题；3)通过在3个毛坯件的连接面上加工凸台，避免使燃烧室结构件在焊接过程中因 强大压力产生较大塌陷，从而影响燃烧室结构件形状；此外，加工凸台还能提高焊接强度；4)通过在结构件中心设置承力柱和第二毛坯件的下端面边缘设置支撑柱，可避免 因扩散焊时对第一毛坯件上端面的较大压强而导致结构件坍塌的可能；同时，支撑柱低于 第一毛坯件上端面，当结构件因压力被压缩后，压力仍能作用在结构件上。附图说明图1为现有技术中某型航天器发动机燃烧室用于支撑的结构件的结构示意图。图2(a)为加工该燃烧室结构件的3个毛坯件的结构示意图，图2 (b)为按照燃烧 室的尺寸要求对3个毛坯件进行挖空处理后的结构示意图。图3(a)为第一毛坯件的结构示意图，其中的局部放大3(b)显示的第一毛坯 件下端面上加工的凸台。图4(a)为第二毛坯件的结构示意图，其中的两个局部放大4(b)和图4(c)分 别显示的第二毛坯件上、下端面上加工的圆形凸台和圆环形的凸台。图5(a)为第三毛坯件的结构示意图，其中的局部放大5 (b)显示的第三毛坯 件上端面上加工的凸台。图6为由3个毛坯件叠放形成的燃烧室结构件的示意图。图7为对进行定位工装的燃烧室结构件放入扩散焊炉后的示意图。图8为对燃烧室结构件的扩散焊接的控制过程图。其中，1-第一毛坯件，2-第二毛坯件，3-第三毛坯件，4-定位环，5-承力平台， 6_承力柱，7-支撑柱。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件的扩散焊工艺方法，包括如 下步骤步骤1、如图2 (a)和(b)所示，根据发动机燃烧室结构件的外形结构和尺寸，选用 圆柱状的Ti2AlNb合金材料的第一毛坯件1、第二毛坯件2和第三毛坯件3作为加工燃烧室 结构件的原材料，再根据发动机燃烧室结构件的内腔结构和尺寸，对第一毛坯件1、第二毛 坯件2和第三毛坯件3分别进行挖空处理，使挖空后的第一毛坯件1、第二毛坯件2和第三 毛坯件3从上到下依次叠放后形成具有初步结构形状的燃烧室结构件；步骤2、如图3、4和5所示，在第二毛坯件2的上端面和下端面分别加工一个圆形 凸台，两个圆形凸台的外径分别与第一毛坯件I和第二毛坯件2的外径一致；分别在第一毛 坯件I的下端面、第二毛坯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ti2AlNb合金材料的燃烧室结构件的扩散焊工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据发动机燃烧室结构件的外形结构和尺寸，选用圆柱状的Ti2AlNb合金材料的第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）作为加工燃烧室结构件的原材料；再根据发动机燃烧室结构件的内腔结构和尺寸，对第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）分别进行挖空处理，使挖空后的第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）从上到下依次叠放后形成具有初步结构和形状的燃烧室结构件；步骤2、在第二毛坯件（2）的上端面和下端面分别加工一个圆形凸台，两个圆形凸台的外径分别与第一毛坯件和第二毛坯件的外径一致；分别在第一毛坯件（1）的下端面、第二毛坯件（2）的两个圆形凸台上和第三毛坯件（3）的上端面加工大小一致的同轴圆环形的凸台，凸台的高度为0.2mm?0.8mm；步骤3、分别对组成燃烧室结构件的第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）之间的连接面进行抛光处理，保证每个连接面的粗糙度在Ra0.8以下；然后再对每个连接面进行酸化处理，其中采用的酸洗配方中溶液的体积比为：HNO3:HF:H2O=6:1:12；步骤4、对燃烧室结构件进行定位工装，具体方法为：将第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）从上到下依次同轴叠放，组成燃烧室结构件；采用两个钛合金材料加工的定位环（4）分别套装在第一毛坯件（1）和第二毛坯件（2）连接处的外圆上以及第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）连接处的外圆上；采用包括承力柱（6）、支撑柱（7）和承力平台（5）的承力结构作为燃烧 室结构件的支撑平台，其中呈圆环形的支撑柱（7）置于承力平台（5）上；承力柱（6）与支撑柱（7）同轴置于支撑柱（7）的圆环内，将固定好的燃烧室结构件置于承力平台（5）上，使支撑柱（7）处于第二毛坯件（2）下端面下方，且两者间隙大小与燃烧室结构件经扩散焊后的压缩量一致；使承力柱（6）处于燃烧室结构件的空腔中，保证承力柱（6）的上端面低于第一毛坯件（1）的上端面的距离大小与燃烧室结构件经扩散焊后的压缩量一致；所述承力柱（6）和支撑柱（7）均由石墨材料加工而成；步骤5、将承力平台（5）和其上的燃烧室结构件放置于扩散焊炉中，对第一毛坯件（1）、第二毛坯件（2）和第三毛坯件（3）进行扩散焊接，具体方法为：在扩散焊炉的真空度保持4×10?5Pa条件下，将扩散焊炉内的温度升至350℃，并保温60分钟；继续升温至800℃，并保温180分钟后，继续升温，当温度达到900℃时，对第一毛坯件（1）的上端面施加20Mpa的垂直作用力并保持；将扩散焊炉的真空度提高到7×10?5Pa并保持，继续升温至980℃，保温240分钟；控制扩散焊炉停机，使燃烧室结构件随扩散焊炉自然降温降压。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周恺，卢玉红，杨建国，孙科文，王亚军，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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