[发明专利]镍基高温合金喷注器成型方法

说明书

技术领域

本发明属于液体火箭发动机推力室头部镍基高温合金喷注器的制造领域，具体涉及一种镍基高温合金喷注器成型方法。

背景技术

液体火箭发动机推力室头部镍基高温合金喷注器的传统制造工艺包含机械加工、焊接和热处理等一系列工艺过程，包括近30道工序，机加和焊接难度和质量风险较大。

液体火箭发动机推力室头部喷注器的工艺难点集中在喷注器环、中底、内喷嘴、外喷嘴和下底之间，中底和下底焊接固定于喷注器环的相应位置，90个外喷嘴焊接于中底和下底之间，90个内喷嘴焊接于外喷嘴中心孔内，其工艺难点主要体现在以下几个方面：

(1)90个外喷嘴和90个内喷嘴的焊接难度较大，焊接质量不易保证，焊缝质量不易检测；

(2)材料均为加工性能较差的镍基高温合金，而且孔尺寸多为非标尺寸，需采用特制专用合金刀具，刀具成本较高，另外，镍基高温合金加工时需慢速加工，加工效率较慢、周期长，并且加工时容易断刀；

(3)部分零件孔结构的长径比较大，加工难度和风险较大；

(4)孔的加工精度要求较高，表面粗糙度要求较高，传统机加不易保证，而且，组件上加工的风险较大。

另外，此类零件采用传统的加工工艺，材料利用率低、加工成本高，且周期长。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足，提供一种能提高产品合格率、加工精度及加工效率的镍基高温合金喷注器成型方法。

为实现上述目的，本发明所涉及的镍基高温合金喷注器成型方法，包括如下步骤：

1)基于增材制造技术设计并优化三维模型：按照激光选区熔化技术对三维模型的最小特征要求，利用三维软件设计喷注器三维模型；

其中，设计成型方向：喷注器三维模型中的喷注器下底与成型基板的倾斜角度为30°～50°；设计支撑结构：喷注器下底与成型基板之间设有支撑结构，支撑结构与成型基板垂直；

由于喷注器下底有较大悬空平面且喷注器本身无支撑结构的零件，设计打印方向，使喷注器下底与成型基板成30°～50°夹角保证成型基板对零件有足够的支撑力；由于喷注器下底有较大悬空平面且喷注器本身无支撑结构的零件，设计支撑结构，使喷注器下底不再有大面积悬空。

2)三维模型立体成型毛坯件：将步骤1)中的喷注器三维模型导入三维打印编辑软件中，通过切片软件对该三维模型进行二维切片分层，得到各层的二维切片数据，并将各层的二维切片数据导入金属粉末激光选区熔化系统，采用镍基高温合金粉末，控制激光选区熔化工艺参数，进行激光选区熔化立体成型毛坯件。

3)毛坯件整体表面吹砂打磨、并在毛坯件成型四十八小时内进行热处理。

4)经过步骤3)处理的毛坯件机加去除成型基板和支撑结构，然后对喷注器中底和喷注器下底进行铣加工，对点火通道套管进行车加工形成立体成型精加工件；

5)对立体成型精加工件的内喷嘴、外喷嘴及燃料通孔进行抛光。

6)将整流板、滤网、上底、点火通道及喷注器环机加到经过步骤5)处理的立体成型精加工件形成镍基高温合金喷注器。

进一步地，所述步骤2)中，控制激光选区熔化工艺参数具体如下：

镍基高温合金粉末粒径为20～50μm，脉冲激光平均激光功率为100～500W，扫描速度为1000～1500mm/s，分层厚度为20～60μm，激光搭接为0～1mm，成型效率为100～200g/h，X轴、Y轴的偏移均为0.05～0.15％，光斑补偿为0.05～0.13mm。

进一步地，所述步骤3)中，毛坯件整体表面吹砂打磨所采用的吹砂压力为1～2MPa、石英砂粒度为80～200目。

进一步地，所述步骤3)中，镍基高温合金的热处理制度：固溶处理：随炉升温至500℃±10℃后，保温30～40min，继续升温至980℃±10℃，且升温、保温及继续升温过程中均保持热室真空压强≤6.67×10^-2Pa；继续升温至980℃±10℃后，在压力为100～200Pa下进行氩气氛围保温1～2h，然后3～4Bar气氛中冷却至300℃后，出炉空冷至室温；时效处理：随炉升温至720℃±5℃，保温7～8h，1～2h内炉冷至620℃±5℃，保温7～8h，且升温、保温过程中均保持热室真空压强≤6.67×10^-2Pa；1～2Bar气氛中冷却至300℃后，出炉空冷至室温。

进一步地，所述步骤5)中，对内喷嘴、外喷嘴及燃料通孔进行抛光的具体过程如下：