釬焊與擴散焊的發(fā)展

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1、釬焊、擴散焊——古老工藝在新型發(fā)動機上煥發(fā)新活力條總耐高溫蜂窩結(jié)構(gòu)“高壓渦輪導(dǎo)向葉片經(jīng)過長時間高溫環(huán)境下的試車考驗，雙聯(lián)焊縫完好無損，完全滿足我們的設(shè)計要求！”某新型發(fā)動機金屬間化合物導(dǎo)向葉片破壞試驗后，試驗人員十分感慨。這個雙聯(lián)焊縫正是中航工業(yè)制造所采用過渡液相（TransientLiquidPhase簡稱TLP）擴散焊新技術(shù)焊接的結(jié)果，這項技術(shù)也正是中航工業(yè)制造所堅持老工藝創(chuàng)新的成果。這項老工藝正在制造所煥發(fā)新活力，成為航空制造技術(shù)的重要支點。釬焊、擴散焊技術(shù)是一種古老工藝。我國有關(guān)釬焊的論述最早可見于漢代班固所撰《漢書》。中航工業(yè)制造所從上世紀60年代開始開展釬焊、擴散焊技術(shù)和

2、專用焊接設(shè)備研究，涉及的材料包括鋁合金、銅合金、碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鈦合金、陶瓷、硬質(zhì)合金、金剛石等，是國內(nèi)最早開展釬焊、擴散焊技術(shù)研究的單位之一。研究的釬焊、擴散焊接技術(shù)和離心葉輪、發(fā)動機葉片、換熱器、蜂窩結(jié)構(gòu)、推力室、射流盤組件、舵機骨架組件、柱塞泵滑靴組件等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天及民用領(lǐng)域。隨著新型航空裝備技術(shù)指標的提高，對耐高溫、輕質(zhì)材料和高性能新結(jié)構(gòu)需求不斷增加。蜂窩封嚴結(jié)構(gòu)就是典型的提升航空發(fā)動機性能指標的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對小格子蜂窩芯成型/拼焊技術(shù)和釬焊技術(shù)提出了苛刻要求，受到了歐美國家的長期禁運。制造所釬焊、擴散焊專業(yè)組技術(shù)人員勇挑重擔，分析小格子蜂窩芯特點，研究成功

3、小格子蜂窩芯自動成型和自動拼焊技術(shù)與設(shè)備，獲國家級獎勵；同時開展蜂窩封嚴結(jié)構(gòu)釬焊工藝及其與熱處理匹配研究，形成蜂窩封嚴結(jié)構(gòu)部件制造技術(shù)，將蜂窩封嚴結(jié)構(gòu)推廣到所有航空發(fā)動機、航天發(fā)動機和燃氣輪機中廣泛應(yīng)用，顯著提高發(fā)動機性能，突破國外技術(shù)封鎖。為滿足高推重比發(fā)動機對氣路封嚴效果和工作溫度高的要求，隨后又開發(fā)了耐高溫蜂窩封嚴結(jié)構(gòu)、刷式密封結(jié)構(gòu)、指尖密封結(jié)構(gòu)等新結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，形成氣路封嚴制造技術(shù)體系。TLP擴散焊技術(shù)是針對單晶、金屬間化合物、氧化物彌散強化合金等新型高溫材料的組織性能特點，結(jié)合釬焊、擴散焊優(yōu)點發(fā)展成的新技術(shù)。通過設(shè)計研制與基體材料冶金匹配的專用焊料，優(yōu)化焊接工藝獲得組織性

4、能與基體相同或相近的焊接接頭，滿足高溫部件耐高溫和承力要求。在導(dǎo)向葉片焊接研究中，也出現(xiàn)過焊縫間隙控制不精確、焊縫兩側(cè)臺階過大等影響焊縫強度和局部溶蝕的問題。經(jīng)過大量工藝試驗研究，自主設(shè)計開發(fā)了多種高性能鎳基、鈷基焊料，已經(jīng)獲得2項發(fā)明專利授權(quán)；使Ni3Al定向凝固合金TLP擴散焊接頭高溫持久強度達到基體的90%以上。采用這些新焊料和高強度焊接技術(shù)，研制了高推重比發(fā)動機高（低）壓渦輪導(dǎo)向葉片雙（三）聯(lián)組件，用于裝機試驗，研制的MGH956合金“超級冷卻”多孔層板浮動壁火焰筒經(jīng)過燃燒室臺架試驗，其冷卻效率達到0.85以上、壁面溫度較氣膜冷卻結(jié)構(gòu)降低70K以上，顯示出優(yōu)異的冷卻效果和壁溫

5、均勻性，為新型發(fā)動機研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。釬焊原理圖為解決焊接性差的粉末合金、陶瓷等構(gòu)件承力部位焊接難題，研究團隊將場促進條件下原子快速擴散現(xiàn)象引入擴散焊和粉末涂層燒結(jié)中，采用直流脈沖電源的溫度控制模式直接加熱陶瓷/金屬、粉末合金/單晶等焊接性差的材料，開展放電等離子擴散焊技術(shù)研究，能在20分鐘內(nèi)實現(xiàn)這些難焊接材料的快速焊合，焊接接頭高溫抗拉強度與基體相近，可用于陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件、整體葉環(huán)、渦輪整體盤等構(gòu)件的焊接制造。采用直流脈沖電源的電流控制模式直接加壓燒結(jié)耐磨陶瓷涂層，開展電接觸燒結(jié)技術(shù)研究，能顯著提高陶瓷涂層的結(jié)合強度和內(nèi)聚強度，大幅度提高耐磨層的使用壽命。這些探索

6、性研究，為未來高性能發(fā)動機研制提供技術(shù)支持。金屬蜂窩壁板結(jié)構(gòu)具有重量輕，比強度、比剛度高，耐高溫、耐腐蝕，消音、隔熱等優(yōu)異性能，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如飛機機身、機翼、發(fā)動機艙門、發(fā)動機短艙等。近年來中航工業(yè)制造所研究出鈦合金、不銹鋼、高溫合金等柔性蜂窩芯體精密加工技術(shù)，大面積變截面、變曲率蜂窩壁板結(jié)構(gòu)高焊合率釬焊與無損檢測等新技術(shù)，使柔性蜂窩芯加工精度達到0.05mm以內(nèi)、蜂窩壁板結(jié)構(gòu)釬焊焊合率達到90%以上，并研制出飛機前機身口蓋、后機身側(cè)壁板、起動機進氣道等蜂窩壁板結(jié)構(gòu)部件，在不同型號飛行器上成功應(yīng)用，同時為高速飛行器防隔熱輕質(zhì)、高溫結(jié)構(gòu)研制奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。專用裝備是工藝

7、的載體，中航工業(yè)制造所一直注重開展專用工藝裝備的研究開發(fā)。從上世紀70年代起先后開發(fā)了真空釬焊爐、真空擴散焊爐、真空電弧釬焊設(shè)備，為航空、航天、電子、石化及民用領(lǐng)域提供不同型號真空爐設(shè)備和焊接工藝技術(shù)，以交鑰匙工程形式為軍民工業(yè)先進技術(shù)發(fā)展做出貢獻。目前中航工業(yè)制造所有能力為社會各界提供釬焊、擴散焊技術(shù)研發(fā)和零件的焊接加工。面對新世紀我國航空航天科技發(fā)展大潮，中航工業(yè)制造所致力于在金屬間化合物材料、單晶高溫合金、陶瓷及其復(fù)合材料的釬焊與過渡液相擴散焊，單晶