一種飛機發動機滑油管管路銀釺焊方法與流程
2023-05-15 14:39:06
本發明涉及一種飛機發動機滑油管管路銀釺焊方法。
背景技術：
從19世紀90年代起，美國通用公司開始研究飛機發動機管路接頭的釺焊技術，用除了黃銅以外的其他幾乎所有材料作為釺料，對飛機發動機管路接頭做釺焊處理，最後得出結論，銀釺料焊接效果最佳，ge公司從十九世紀九十年代末開始推行飛機發動機管路接頭銀釺焊技術。這一技術的應用使得發動機管路可以多次再生使用。二十世紀初，西方發達國家的飛機發動機製造商oem普遍採取釺焊技術處理飛機發動機管路焊接。發達國家飛機發動機製造商oem、維修商mro也在二十世紀初開始推廣使用釺焊工藝。
我國從20世紀初也開始探索將先進的釺焊技術運用在太空飛行器部件的製造上,例如採用銀釺焊技術焊接飛機發動機滑油管管路接頭，運用鉻釺焊技術焊接運載火箭發動機的推力室和渦輪轉子、人造衛星的鈦導管、姿控發動機噴注器和波導器件、載人飛船的反射器、導管和蜂窩壁板、太空梭的主發動機噴管和預燃室以及空間站的管路系統等。2011年，中國民航大學聯合北京飛機維修工程公司、江蘇豐信不鏽鋼製造有限公司，組成了飛機發動機零部件再製造研發工作室，研發飛機發動機零部件再生製造技術，首先攻克了飛機發動機滑油管管路銀釺焊技術，使無數從退役的飛機發動機上拆解下來閒置準備報廢的滑油管通過銀釺焊得到再生使用，節約了大量的資源，創造出可觀的社會財富。
研發飛機發動機滑油管銀釺焊技術，其目的在於把釺焊這種先進的焊接工藝運用到飛機發動機滑油管再製造中，採用低熔點釺料做高端焊接，當飛機發動機滑油管管路接頭出現磨損需要更換是，通過加溫，融化焊接的管路接頭，更新新的管路接頭，從而使材料高端、製造工藝特殊、價格昂貴的飛機發動機滑油管能夠投入再生使用。
隨著管路接頭的釺焊技術在飛機發動機滑油管再生製造中的應用推廣,不僅有效地降低了飛機製造企業的勞動成本,為企業在市場競爭中贏得優勢,同時還能夠獲得非常可觀的經濟效果,促進航空業實現可持續發展。因此，研究攻克釺焊工藝技術在飛機發動機焊接製造中的應用,具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種飛機發動機滑油管管路銀釺焊方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案：
本發明一種飛機發動機滑油管管路銀釺焊方法，其包括：
（1）管路接頭褪除工藝：利用感應加熱工藝進行褪除，溫度不高於1037.8攝氏度（攝氏，下同），加熱到適當溫度後，採用適當的助力，利用拖曳和扭轉的方法退除受損接頭。
關鍵技術：由於上述參數的選定對接頭的退除難易以及後續的清理工藝影響很大，所以要根據退除的情況和釺焊接頭清洗的效果確定相關最佳的參數範圍：最佳退除範圍950~1000攝氏度；最佳保溫時間8~15s是；最佳加熱時間20s；
(2)、管路接頭的清理工藝，分為酸鹼電化學清洗釺料和表面噴沙清理氧化皮兩個工藝步驟：
電化清洗的關鍵技術：確定科學的清洗液成分含量；確定科學的電解參數；確定最佳酸洗時間；使用特殊的化學清洗設備；
表面噴沙處理主要是利用玻璃微珠進行噴沙處理氧化膜，關鍵技術是最佳噴沙參數的確定和噴撒過程中汙染的避免；
（3）、焊料放置，釺料保護劑的塗覆：釺料的放置形式；釺料的價值量；釺劑的塗覆方式以及過程中的汙染防護。
(4)、管路接頭的安裝、定位和間隙控制：技術關鍵是管路和接頭定位控制；管路與感應線圈的相對定位定置的控制和加熱部位的定位控制；
（5）、釺焊加熱工藝控制
銀基釺料的融化溫度確定和感應釺焊溫度的確定，釺焊保溫時間的確定；釺焊接頭間隙的確定；釺焊加熱時間的確定；感應線圈直徑的確定；搭接長攝氏度的控制；
（6）、管件接頭焊後處理：氧化色去除工藝及參數酸洗鈍化處理參數和噴沙參數的確定。
本發明所達到的有益效果是：
釺焊連接是發動機管接頭更換修理的必須項目，本發明採用的是ams2664高溫銀釺焊工藝，由於管接頭工作參數、工藝穩定性、空間定位等要求極高，目前該技術由國外的ge、普惠、羅羅等oem公司掌握，在國內屬於技術空白。
本發明的管路組件的精確定位及控制，普惠標準工藝70-42-03repair-03要求將組件固持，使得零件在釺焊後處於正確的對準位置，即在高溫銀釺焊過程中，需要保證管接頭、管路及感應線圈始終不偏離中心軸線。
為了對管件與接頭進行精確定位控制，設計釺焊定位工裝，該工裝可以保證接頭與管路相對位置的定位，並且在釺焊過程中保證管路不偏離中心軸線；為了解決管件與感應線圈的相對位置定位的控制，設計兩軸行走機構，可以使釺焊的工裝分別沿x軸和y軸移動，保證了管路處於感應線圈的中心位置；設計可以上下移動的升降機構，解決加熱部位與線圈的相對位置定位問題。
本發明普惠標準工藝70-42-03repair-03要求，凹形焊腳長攝氏度不得長於不鏽鋼管壁厚的3.5倍，或者不得長於1.91mm。焊腳的鋪展形態主要受到釺焊溫度、保溫時間和降溫速率等因素的影響，項目組通過設計大量的驗證試驗，探索凹形焊腳的成型及控制規律。
本發明中管件與接頭的單面最小間隙為0.025mm，透照厚攝氏度為6mm左右，要求x射線檢測的相對靈敏攝氏度為0.42%，該靈敏攝氏度要求為gb3323中規定的高靈敏攝氏度檢測技術b級靈敏攝氏度（1.67%）的3.97倍。通過分析釺焊管件和釺料元素在x射線透照過程中的衰減係數，找到提高檢測靈敏攝氏度的理論依據，並通過大量的驗證實驗最終確定焦距、管電壓、曝光參數等透照參數，保證x射線檢測照片有無焊料鋪展區域清晰可辨，滿足普惠標準的評判要求。
具體實施方式
以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
一種飛機發動機滑油管管路銀釺焊方法，其包括：
（1）管路接頭褪除工藝：利用感應加熱工藝進行褪除，溫度不高於1037.8攝氏度（攝氏，下同），加熱到適當溫度後，採用適當的助力，利用拖曳和扭轉的方法退除受損接頭。
關鍵技術：由於上述參數的選定對接頭的退除難易以及後續的清理工藝影響很大，所以要根據退除的情況和釺焊接頭清洗的效果確定相關最佳的參數範圍：最佳退除範圍950~1000攝氏度；最佳保溫時間8~15s是；最佳加熱時間20s；
(2)、管路接頭的清理工藝，分為酸鹼電化學清洗釺料和表面噴沙清理氧化皮兩個工藝步驟：
電化清洗的關鍵技術：確定科學的清洗液成分含量；確定科學的電解參數；確定最佳酸洗時間；使用特殊的化學清洗設備；
表面噴沙處理主要是利用玻璃微珠進行噴沙處理氧化膜，關鍵技術是最佳噴沙參數的確定和噴撒過程中汙染的避免；
（3）、焊料放置，釺料保護劑的塗覆：釺料的放置形式；釺料的價值量；釺劑的塗覆方式以及過程中的汙染防護。
(4)、管路接頭的安裝、定位和間隙控制：技術關鍵是管路和接頭定位控制；管路與感應線圈的相對定位定置的控制和加熱部位的定位控制；
（5）、釺焊加熱工藝控制
銀基釺料的融化溫度確定和感應釺焊溫度的確定，釺焊保溫時間的確定；釺焊接頭間隙的確定；釺焊加熱時間的確定；感應線圈直徑的確定；搭接長攝氏度的控制；
（6）、管件接頭焊後處理：氧化色去除工藝及參數酸洗鈍化處理參數和噴沙參數的確定。
釺焊連接是發動機管接頭更換修理的必須項目，本發明採用的是ams2664高溫銀釺焊工藝，由於管接頭工作參數、工藝穩定性、空間定位等要求極高，目前該技術由國外的ge、普惠、羅羅等oem公司掌握，在國內屬於技術空白。
本發明的管路組件的精確定位及控制，普惠標準工藝70-42-03repair-03要求將組件固持，使得零件在釺焊後處於正確的對準位置，即在高溫銀釺焊過程中，需要保證管接頭、管路及感應線圈始終不偏離中心軸線。
為了對管件與接頭進行精確定位控制，設計釺焊定位工裝，該工裝可以保證接頭與管路相對位置的定位，並且在釺焊過程中保證管路不偏離中心軸線；為了解決管件與感應線圈的相對位置定位的控制，設計兩軸行走機構，可以使釺焊的工裝分別沿x軸和y軸移動，保證了管路處於感應線圈的中心位置；設計可以上下移動的升降機構，解決加熱部位與線圈的相對位置定位問題。
本發明普惠標準工藝70-42-03repair-03要求，凹形焊腳長攝氏度不得長於不鏽鋼管壁厚的3.5倍，或者不得長於1.91mm。焊腳的鋪展形態主要受到釺焊溫度、保溫時間和降溫速率等因素的影響，項目組通過設計大量的驗證試驗，探索凹形焊腳的成型及控制規律。
本發明中管件與接頭的單面最小間隙為0.025mm，透照厚攝氏度為6mm左右，要求x射線檢測的相對靈敏攝氏度為0.42%，該靈敏攝氏度要求為gb3323中規定的高靈敏攝氏度檢測技術b級靈敏攝氏度（1.67%）的3.97倍。通過分析釺焊管件和釺料元素在x射線透照過程中的衰減係數，找到提高檢測靈敏攝氏度的理論依據，並通過大量的驗證實驗最終確定焦距、管電壓、曝光參數等透照參數，保證x射線檢測照片有無焊料鋪展區域清晰可辨，滿足普惠標準的評判要求。
試驗方法、技術路線以及工藝流程：
1、研究試驗方法：
1）通過優化試驗確定了電化學清洗液成分含量和電解參數；
2）通過對比不同酸洗時間的清洗效果確定了對管件接頭最佳的酸洗時間為6個小時；
3）通過hh-s11-2電解恆溫水浴鍋來達到清洗溫度為75ºc的參數要求，電解恆溫水浴；
4）通過swd-ii型雙路穩流穩壓電源來達到電流的調節要求，穩流穩壓電源；
5）專門進行了噴砂的工藝優化實驗獲得了噴砂角度、噴嘴及工件的距離、噴砂壓力的最佳參數；
5）針對實驗要求專門設計了一套獨立的玻璃微珠噴砂和收集系統，避免與普通噴砂材料混合造成的交叉汙染，並且有效的實現了玻璃微珠的循環使用；
6）釺料做成環狀進行放置，儘可能地將足夠的填料金屬裝進或預置在釺接處的一端，使得完全填滿釺接處。
7）分別施加不同個數的釺料環進行工藝實驗，優化釺料環加置量；
8）焊劑要將表面完全覆蓋。釺劑在塗覆工件時也儘量使釺料的表面覆蓋上，避免釺料在加熱中與空氣接觸造成氧化而影響實驗結果；
9）將乾淨的零件保護起來以防止灰塵或其他汙染物。如果在釺焊前裝置時接觸零件，工具或釺焊材料要戴上乾淨的手套。
10）為了對管路與接頭進行定位控制，專門設計了釺焊定位工裝，該工裝可以保證接頭與管路相對位置的定位，並且在釺焊過程中保證管路不偏離中心軸線
11）為了解決管路與感應線圈的相對位置定位的控制，設計了兩軸行走機構，可以使釺焊的工裝分別沿x軸和y軸移動，保證了管路處於感應線圈的中心位置。
12）設計了可以上下移動的升降機構，解決了加熱部位與線圈的相對位置定位問題
13）當溫度較低為780ºc時，焊縫金相照片中可以明顯看到有未焊透的情況，這是因為溫度過低，釺料未能充分熔化，導致釺料的粘度大，流動性差，液態釺料在有限的時間內不能充分的填滿全部焊縫。
14）970ºc無焊腳，而且存在明顯的氣孔和未焊透的情況，這是因為溫度過高導致釺料粘度太低引起釺料流失所致，另一方面溫度過高勢必加重母材氧化，導致液態釺料在其釺焊表面的潤溼性下降。
15）釺焊溫度升至850ºc時，焊縫明顯規整起來，焊縫中無氣孔夾雜等缺陷，這是因為隨著釺焊溫度的升高，液態釺料的表面張力和液態釺料與母材的界面張力都呈線性下降，從而是液態釺料的流動性、潤溼性顯著增強，其結果加快了液態釺料在縫隙中的鋪展過程，因此，提高釺焊溫度有助於提高釺料的鋪展。
16）間隙過小，釺縫中存在明顯的氣孔，夾雜以及未釺透現象。其搭接間隙為0.03mm，可以看到明顯的夾雜和氣孔現象，這是因為過小的間隙使用間隙內的氣體和殘渣難以順利排除。而且因為間隙過小，明顯影響到釺料繼續向下的鋪展性，導致出現未釺透現象。另外，間隙過小，會使母材對釺縫合金層的機械約束作用增大，影響接頭強度。
17）間隙為0.07mm時該間隙不僅保證了釺料的充分鋪展，填滿間隙，而且保證了釺劑作用的充分發揮，可以看出該焊縫無夾雜、氣孔及未焊透現象，與母材結合緊密均勻。
18）由於間隙過大，導致釺縫存在明顯的未釺透情況，這是因為間隙過大，破壞了釺料的毛細作用，嚴重影響到了釺料的鋪展。而且間隙過大會導致釺料大量流出影響釺焊接頭的外部尺寸精度。間隙過大會使裝配難度明顯提高，而且容易出現內外金屬管明顯不同心的現象，在釺縫較小的一側，一般不會出現明顯缺陷；而釺縫較大的一側，出現了較大的氣孔。這是因為間隙大的一側外表面釺料容易發生塌陷現象，而內表面則相應容易發生釺料流出現象；
19）當加熱時間為40s會導致釺料未完全熔化，釺料與母材不能很好的結合在一起，毛細作用不明顯等情況出現，同時也會出現未焊透的情況，由於加熱速度較快，時間較短，組織晶粒沒有出現長大現象，從外觀看，釺料還未完全熔化，在焊腳處形成堆積。控制加熱時間實際上是控制加熱速度。加熱速度本身對釺焊接頭的質量也有一定的影響。加熱速度過快，常常導致釺料熔化不足，也必然導致相變電升高，進一步提高了釺焊溫度，從而導致一系列其他質量問題。
20）當加熱時間為80s時有未焊透的地方出現，這是由於加熱時間長，釺料還未來得及冷卻並與母材結合在一起就又流向了焊縫的另外一處，這也是釺料大量流出的原因之一。此外，加熱速度慢，達到釺焊溫度所需的時間長，一方面延長了高溫停留時間，導致接頭氧化加劇，降低接頭質量，另一方面降低了釺焊效率。
21）當加熱時間為60s時，釺料與母材結合良好，焊縫寬度比較均勻，不會出現較明顯的氣孔或夾渣，這是由於加熱時間充足，讓釺料能充分熔化。
22）當保溫時間為10s時，這是由於釺劑還沒有充分的熔化，通過金相觀察發現焊縫中有氣孔存在，這是由於保溫時間過短，釺料和母材不能很好的反應或是不能很好的結合在一起以及釺劑還沒能完全鋪展開，導致焊縫部分區域出現氣孔現象。
23）保溫時間為60s時，其組織晶粒有所長大，同時也會產生氣孔。這好似由於釺料沒有及時冷卻與母材結合在一起。焊縫或部分母材中會出現裂紋，這是因為使焊件在高溫點保溫時間太長，引發裂紋缺陷。
24）保溫時間為20s時，釺料和母材能更好的反應、結合在一起。焊縫寬度比較均勻，不會出現明顯的氣孔或夾渣，這是由於保溫時間充足，使釺料充分熔化並融入焊縫中，晶粒組織沒有長大，這表明保溫時間合適。綜合以上分析，最佳釺焊保溫時間範圍10-20s；
25）感應線圈直徑的影響感應線圈通常採用直徑為5mm的圓通管制成。感應圈可以採用圓圈式及開口叉型兩種。圓圈式感應線圈的優點是可使焊接部位加熱均勻度好，缺點是如果焊接件首尾封閉，焊接線圈無法進出；開口叉型優點是操作不受限制，缺點是只加熱焊件的兩側，根據所焊件的實際情況，本實驗選用圓圈式感應線圈；
26）線圈直徑對加熱行為也有一定的影響，線圈直徑偏小時，加熱速度快，加熱溫度很難精確控制，線圈直徑偏大時，熱效率低。綜合實驗對比，最佳線圈規格為φ42mm此感應釺焊的工藝條件是在實驗室現有實驗條件下，經過反覆感應釺焊實驗優選出來的。
最後應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。