專利名稱：一種多層鈦合金薄板組合連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層鈦合金薄板組合連接方法。
背景技術(shù)：
自從人類1790年發(fā)現(xiàn)鈦元素，1951年進入工業(yè)化以來，鈦逐漸顯示出它獨特性能。它不僅具有金屬結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)越性能，而且蘊藏量是銅的十倍，是繼鐵、鋁之后的“第三金屬”，被稱為“空間金屬”。從使用鈦的意義上看，一個國家用鈦的多少，標(biāo)志著國家的科技水平、軍事實力、經(jīng)濟實力的強弱。所以，推廣使用鈦、發(fā)揮鈦特性的優(yōu)越作用，對促進工業(yè)發(fā)展、增強產(chǎn)品競爭的活力，是非常必要的，也是現(xiàn)化軍事科技發(fā)展的方向。
航空航天制造業(yè)使用最多的結(jié)構(gòu)材料是鋁合金，然而隨著科技的發(fā)展與進步，新一代飛行器要求飛得更快、飛得更遠(yuǎn)、搭載的有效載荷更多，這就推動了新材料的應(yīng)用研究，而鈦合金正是在這種需求下被推到第一線的。
鈦合金在常溫下加工性能較差屈強比大，拉伸時容易斷裂；彈性模量小，回彈無法定型；均勻延伸率低，彎曲能力差；冷作硬化傾向嚴(yán)重，缺口敏感性強，無法成型高精度復(fù)雜構(gòu)件。
目前國內(nèi)有色金屬加工廠只能提供海綿鈦、鈦錠、鈦棒、鈦絲和單層軋制的鈦板，多層結(jié)構(gòu)需采用真空電子來焊接，激光焊接，自動氬弧焊接等工藝方法，但上述工藝方法都存在焊接缺陷和焊縫強度低于母材強度10％以上的缺陷，尚沒人突破1000×2000mm大型多層鈦板成型生產(chǎn)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服鈦合金無法成型高精度復(fù)雜構(gòu)件、無法突破1000×2000mm大型多層鈦板成型生產(chǎn)技術(shù)的缺陷，提供一種多層鈦合金薄板組合連接方法，它采用加熱成型，即利用鈦合金在600℃左右時的熱蠕變特性，在900℃左右時的超塑特性，生產(chǎn)出1000×2000mm，厚度在2～10mm的多層空心鈦合金結(jié)構(gòu)板。
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明多層鈦合金薄板組合連接方法，它包括下列步驟下料、酸洗、烘干、貼保護膜、涂阻焊劑、去除保護膜、焊工藝邊、安裝模具并升溫成型設(shè)備、擴散連接、吹脹成型、取件和冷卻、切割工藝邊。
本發(fā)明所述下料、酸洗、烘干步驟為選擇在600℃時具有熱蠕變特性、在900℃時具有超塑特性、厚度為0.2～5.0mm的鈦合金板，利用高壓水切割機進行下料，利用水切割下料主要是為了避免切割時產(chǎn)生金屬共熔層，影響后工序焊接質(zhì)量。將下好料的鈦合金板浸入弱酸溶液中浸泡50-60分鐘，并進行刷洗和清水漂洗，達到除油和清潔材料表面的目的。并在烘箱中用120℃±10℃的溫度烘干上述漂洗過的板材。
本發(fā)明所述貼保護膜、涂阻焊劑、去除保護膜步驟為將烘干后的板材貼涂保護膜，涂阻焊劑，并將其烘干，去除保護膜，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開。
本發(fā)明所述焊工藝邊步驟為將3層或3層以上、0.2～5.0mm，等厚度或不等厚度已涂好阻焊劑并去除了保護膜的板材疊放，焊接工藝邊，使其形成密封艙室，之后焊進氣嘴和出氣嘴。
本發(fā)明所述安裝模具并升溫成型、擴散連接、吹脹成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在美國ACCUDYNE公司出品的900噸超塑成型機上，該設(shè)備為四立柱式液壓結(jié)構(gòu)，有效工作面積為1500×2500×1100mm，電熱管分區(qū)加熱形式，溫度均勻性為±10℃，可移出式陶瓷工作平臺，最高工作溫度1100℃，進行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃，當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，形成同一基體，在完成擴散連接后，進行氣體加壓，在保持所述溫度和壓力的同時，增加氣體壓力，至300噸，時間為2小時，使多層板之間形成空穴。
本發(fā)明所述取件和冷卻、切割工藝邊步驟為完成成型后取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊。
本發(fā)明利用了鈦合金的物理特性，即在900℃±10℃的溫度條件下，利用了鈦合金分子激活溫度與吹脹變形溫度比較接近的性能，在一個時間范圍內(nèi)，施加一組曲線壓力，激活材料中的鈦分子，并對不需要激活的部分進行“休克”保護，使多層鈦板之間的分子相互滲透，并在停止激活后，形成無界面的同種基體，使連接后的材料物理性能和化學(xué)性能與原材料相比完全一致，避免了多層板焊接后的接頭強度降低和焊接缺陷的殘留，實現(xiàn)了連接與成型的組合加工技術(shù)，制造出1000×2000mm，厚度在2～10mm的多層鈦合金空心結(jié)構(gòu)板材。
本發(fā)明采用超塑成形、擴散連接組合工藝，它可以一次實現(xiàn)多個零件的成型和組合，具有減少零件數(shù)量、減輕結(jié)構(gòu)重量約40％、縮短制作周期約50％、節(jié)約制造成本約12％的優(yōu)點，簡化了協(xié)調(diào)關(guān)系，提高了組件協(xié)調(diào)互換性，沒有殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品可靠性。它適用于航空航天的彈翼、加強蒙皮和前后緣襟翼、副翼、方向舵、腹鰭、發(fā)動機靜止葉片等大型復(fù)雜部件。
具體實施例方式
1、下料選擇在600℃時具有熱蠕變特性、在900℃時具有超塑特性、厚度為0.2～5.0mm的鈦合金板，通過計算不同厚度鈦合金板材的高溫變形量和吹脹成型時材料的流動性，確定放縮系數(shù)和下料尺寸，并利用高壓水切割機進行精確下料(水切割設(shè)備的精度為±0.05mm，美國PAR公司出品)，有效加工尺寸為2000×4000×300mm，用水切割下料主要是為了避免切割時產(chǎn)生金屬共熔層，影響后工序焊接質(zhì)量。
2、酸洗將切割好的板材在弱酸溶液中浸泡50-60分鐘，之后加手工輔助刷洗，之后再用清水漂洗，達到除油和清潔材料表面的目的。
3、烘干在烘箱中用120℃±10℃的溫度烘干上述漂洗過的板材。
4、貼保護膜將烘干后的板材轉(zhuǎn)入潔凈工作間中的工作臺，貼涂裝保護膜。
5、涂阻焊劑將不需要焊接的板材部分涂阻焊劑，并將其烘干。
6、去除保護膜去除保護膜，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開。
7、焊工藝邊將3層或3層以上，0.2～5.0mm，等厚度或不等厚度已涂好阻焊劑并去除了保護膜的板材疊放，焊接工藝邊，使其形成密封艙室，之后焊進氣嘴和出氣嘴。
8、安裝模具并升溫成型設(shè)備將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在美國ACCUDYNE公司出品的900噸超塑成型機上，該設(shè)備為四立柱式液壓結(jié)構(gòu)，有效工作面積為1500×2500×1100mm，電熱管分區(qū)加熱形式，溫度均勻性為±10℃，可移出式陶瓷工作平臺，最高工作溫度1100℃，進行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃。
9、擴散連接當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，施加壓力，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，形成同一基體。
10、吹脹成型在完成擴散連接后，按工藝規(guī)程進行氣體加壓，在保持上道工序溫度和壓力的同時，增加氣體壓力，致300噸時間為2小時，使多層板之間形成空穴。
11、取件和冷卻完成成型后，打開爐門，移出工作臺，取下測溫?zé)犭娕?，用天車取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷。
12、切割工藝邊將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊，達到要求的尺寸。
本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于它包括下列步驟下料、酸洗、烘干、貼保護膜、涂阻焊劑、去除保護膜、焊工藝邊、安裝模具并升溫成型設(shè)備、擴散連接、吹脹成型、取件和冷卻、切割工藝邊。
2.如權(quán)利要求1所述的多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于所述下料、酸洗、烘干步驟為選擇在600℃時具有熱蠕變特性、在900℃時具有超塑特性、厚度為0.2～5.0mm的鈦合金板，利用高壓水切割機進行下料，將下好料的鈦合金板浸入弱酸溶液中浸泡50-60分鐘，并進行刷洗和清水漂洗，并在烘箱中用120℃±10℃的溫度烘干上述漂洗過的板材。
3.如權(quán)利要求1所述的多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于所述貼保護膜、涂阻焊劑、去除保護膜步驟為將烘干后的板材貼涂保護膜，涂阻焊劑，并將其烘干，去除保護膜，使激活面與外激活面及工藝邊清晰分開。
4.如權(quán)利要求1所述的多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于所述焊工藝邊步驟為將3層或3層以上，0.2～5.0mm，等厚度或不等厚度已涂好阻焊劑并去除了保護膜的板材疊放，焊接工藝邊，使其形成密封艙室，之后焊進氣嘴和出氣嘴。
5.如權(quán)利要求1所述的多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于所述安裝模具并升溫成型、擴散連接、吹脹成型步驟為將已加工好的模具清潔干凈，涂好潤滑劑和保護劑，安裝在900噸超塑成型機上，進行冷試模合格后，開始升溫，設(shè)定溫度為920℃，當(dāng)爐溫和模具溫度均勻達到920℃±13℃時，開啟爐門，將焊好工藝邊的板材放入模具中，預(yù)熱40分鐘，之后閉合模具，在5分鐘內(nèi)使模具壓邊力達到650噸，保壓保溫2小時，使被激活的分子進行充分的擴散，形成同一基體，在完成擴散連接后，進行氣體加壓，在保持所述溫度和壓力的同時，增加氣體壓力，至300噸，時間為2小時，使多層板之間形成空穴。
6.如權(quán)利要求1所述的多層鈦合金薄板組合連接方法，其特征在于所述取件和冷卻、切割工藝邊步驟為完成成型后取出成型后的板材，放在玻璃纖維板上空冷，將上述空冷后的板材置于高壓水切割設(shè)備上，用高壓水切割掉工藝邊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層鈦合金薄板組合連接方法，它包括下列步驟下料、酸洗、烘干、貼保護膜、涂阻焊劑、去除保護膜、焊工藝邊、安裝模具并升溫成型設(shè)備、擴散連接、吹脹成型、取件和冷卻、切割工藝邊。本發(fā)明采用超塑成形、擴散連接組合工藝，它可以一次實現(xiàn)多個零件的成型和組合，具有減少零件數(shù)量、減輕結(jié)構(gòu)重量約40％、縮短制作周期約50％、節(jié)約制造成本約12％的優(yōu)點，簡化了協(xié)調(diào)關(guān)系，提高了組件協(xié)調(diào)互換性，沒有殘余應(yīng)力，提高產(chǎn)品可靠性。用本發(fā)明方法制造的多次鈦合金薄板適用于航空航天的彈翼、加強蒙皮和前后緣襟翼、副翼、方向舵、腹鰭、發(fā)動機靜止葉片等大型復(fù)雜部件。
文檔編號B21D26/021GK101028686SQ20061005790
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者韓華 申請人:韓華