[实用新型]一种Ti3Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti₃Al导叶内环与高温合金蜂窝钎焊用夹具，属于焊接技术领域。

背景技术

Ti₃Al基合金具有低密度、较高的弹性模量、高比强度、抗氧化及高温性能好等特点，并且其工作温度较钛合金工作温度高，因此在航空、航天、兵器等领域具有广阔的应用前景。此外，该合金还可以部分替代高温合金使构件减轻约40％，从而对提高航空发动机的推重比和航天飞行器的有效射程及有效发射载荷具有重要意义。

目前，在我国新型航空发动机导叶内环(直径约φ600mm左右)的研制上需要将高温合金蜂窝与Ti₃Al导叶内环安装边进行连接(圆周焊缝的直径约为550mm～590mm)，连接接头需要满足650℃条件下的使用要求。由于这两类材料的物理性能和化学成分差异大，并且蜂窝属于非常规结构，采用常规的熔焊方法难以实现连接，通常需要采用钎焊等特种连接方法。

同种材质(如高温合金、钛合金等)的蜂窝与环体连接时不存在热膨胀系数不匹配问题，因此常用的装配方法是将箔带或粘带钎料置于被焊面之间，之后利用储能点焊机进行点焊定位，焊接过程中无需利用其它夹具进行固定(杨烁,杜静,李文学.重型燃机蜂窝结构真空钎焊工艺技术研究.中国新技术新产品,2011,(24):185；陈娜,卢威.蜂窝严封件钎焊工艺研究.热加工工艺,2013,42(9):238-239.)。而对于高温合金蜂窝与Ti₃Al基合金环体的异种材料连接而言，这两种材料由于热膨胀系数不匹配在钎焊后的冷却过程中接头区域存在很大的残余应力，严重时会导致接头直接开裂(陈波,熊华平,毛唯,程耀永.采用Ti-Zr-Cu-Ni真空钎焊Ti₃Al/Ti₃Al和Ti₃Al/GH536接头组织及性能.航空材料学报,2010,30(5):35-38.)，这种现象对于大尺寸零件而言更为严重。

有研究者将稀土元素La加入到钛基钎料中用于钎焊Ti₃Al与GH536，结果表明，少量La的加入可以改变钎料的组织，并且提高了接头的力学性能(许鹏,康慧,曲平.镧对钛基钎料钎焊Ti₃Al和GH536的影响.中国稀土学报,2007,25(2):253-256.)。还有研究者采用Ti-15Cu-15Ni、Ti-20Cu-20Ni、Ti-15Cu-25Ni三个成分钎料对Ti₃Al基合金自身进行了真空钎焊研究，获得了较高性能水平的接头(C.HCadden,N.Y.C.YangandT.H.Headley.MicrostructuralEvolutionandMechanicalPropertiesofBrazeJointsinTi-13.4Al-21.2Nb.WeldingResearchSupplement,1997(8),316-s～325-s)。何鹏等采用NiCrSiB钎料在1000-1100℃/1～30min条件下进行了Ti₃Al基合金的钎焊研究，其获得的接头最高剪切强度是240-250MPa(P.He,J.C.Feng,H.Zhou.MicrostructureandstrengthofbrazedjointsofTi₃Al-basealloywithNiCrSiB.MaterialsCharacterization,2004,52:309～318)。上述仅是对于试样级别的接头进行了基础性的研究，关于较大尺寸的实际零件的连接研究未见报道。

采用钎焊方法连接Ti₃Al基合金与高温合金蜂窝结构时，需要重点解决两个问题。一是合理设计钎料成分，钎焊时应避免钎料对两种母材的溶蚀，保证接头界面冶金质量良好，同时接头还应具备较高的室、高温强度；另一方面，在Ti₃Al与高温合金蜂窝接头中，由于这两种材料热膨胀系数不匹配存在很大的残余热应力，严重时导致接头在焊后直接开裂，因此钎焊过程中应尽量采取有效措施缓解接头应力。为了促进Ti₃Al与高温合金蜂窝结构在航空、航天、兵器等领域的工程应用，亟需解决上述技术难题。

发明内容