空间发动机激光焊功率阈值研究

对空间发动机模拟件进行了激光焊功率阈值研究,结果表明:焊接速度、离焦量、光束质量、保护气体等工艺因素均与阈值区间有关,阈值区间与焊接速度和离焦量成正向关系,光束质量对阈值区间的影响需要用焊接试验的实测值来确定,保护气体成分对YAG激光焊的阈值区间基本没有影响,但吹送方式和流量对阈值区间有明显作用。在空间发动机激光焊功率阈值的理论研究与工艺试验基础之上得到了最优激光焊工艺规范,采用该规范焊接的产品已通过了飞行试验考核,由此表明:空间发动机激光焊功率阈值研究的结果是正确、合理和有效的。     

大熔深激光焊气孔抑制技术

针对空间发动机中频繁出现的大熔深激光焊需求,以及随之而来的工艺性气孔超标问题,在3种工艺模式下开展了气孔抑制技术研究:一为非熔透焊模式、稍快焊接速度、正向大幅提高离焦量(≥4 mm)、负方向适当倾斜入射(-10°)和辅以大功率补偿熔深;二为非熔透焊模式、普通焊接速度、正向少许提高离焦量、垂直入射、特定扫描波形(O形)、特定扫描频率(100～150 Hz)和特定扫描幅度(0.4～0.6mm);三为稳定熔透焊模式、稍慢焊接速度、表面聚焦、垂直入射、调整功率保证焊缝背宽比介于适宜范围内(0.45～0.65)。最终试验结果显示在4 mm熔深前提下,3种方法皆可将焊缝气孔率控制在5%以下,满足航天焊接标准的II级质量要求,且采用最佳工艺规范焊接的产品已通过了飞行试验考核。     

轨控发动机不锈钢喷注器扩散钎焊工艺

为研制新型轨控发动机所用的喷注器,对不锈钢环槽多层板进行了扩散钎焊工艺研究。随着焊接温度和保温时间的增加,焊缝与母材间各元素的扩散程度逐渐加深;扩散未完全时焊缝由靠近母材的固溶体和中部的化合物组成,扩散完全时焊缝全部由固溶体组成。中间层内Ni、Si、B向母材扩散,母材内Fe向中间层扩散;Ni、Fe、B扩散速度较快,Si扩散速度较慢;Si和B的含量决定组织形态,Ni的含量影响接头强度。接头抗拉性能与扩散程度成正相关,其极限值已达母材的101%;接头断口形貌最初为准解理完全脆断,随后发展到细韧窝部分塑断,最终呈现为大韧窝完全塑断。对于40μm厚的B—Ni2中间层,最佳焊接温度、保温时间和加载压强分别为1050~1075℃、2 h和0.01~0.02 MPa。最佳工艺参数先后成功应用于模拟件和产品,焊接的某新型发动机已通过试车考核。     

钛管全位置氩弧焊接头力学性能数据分析

为明确工艺件来源和规格因素对焊件性能合格率的作用,对五年来44批次的钛管焊接试验历史数据进行了分析。当生产批次不同时,母材抗拉强度和冲击韧性的波动程度分别可达±19.1%和±38.1%;当批次相同但出自不同根余料时,波动程度分别可达±6.2%和±13.6%;焊接热过程会使性能的均值降低且波动增大,相较而言冲击韧性改变更明显。当工艺件外径逐渐增大时,母材抗拉强度均值基本恒定,而冲击韧性均值逐渐提高,且波动程度先增大后减小;在经历相同焊接热过程后,只有小外径焊件的冲击韧性波动程度明显增大。提出了两类改进建议,一是将工艺件限定在同一根钛管上取材,二是将冲击韧性的合格指标从固定值改为与外径成正比的系列值。     

空间推进系统铝合金组件激光焊阈值特性

为解决空间推进系统直属组件轻量化需求，对新采用的铝合金材料进行了激光焊阈值特性研究。结果表明，铝合金激光焊阈值区间与焊接速度和离焦量的绝对值正相关，但正向变化幅度远低于不锈钢、镍合金和钛合金等材料。对于光束质量不同的激光焊机来说，光束的焦斑直径越小，实焦焊时阈值区间越低；光束的发散角越小，相同离焦量下阈值区间越低。在-12°～12°内，铝合金激光焊阈值区间与入射角无关。保护气的吹送方向和吹送速度基本不改变铝合金激光焊的阈值区间，此特性与不锈钢等材料略有区别。