СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПАЯНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2016 года по МПК B23K1/00 B23K1/19 B23K1/20 

Область техники

Изобретение относится к области пайки и, в частности, к способу изготовления отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), которые могут применяться в авиации и в энергетическом машиностроении.

Предшествующий уровень техники

Двухслойные паяные конструкции, например секции камер сгорания ЖРД, состоят из стальной наружной и внутренней оребренной оболочек, при этом внутренняя оболочка выполнена из меди или медных сплавов. Соединение указанных оболочек осуществляется диффузионной пайкой с использованием гальванического медно-серебряного припоя, который наносится на стенку из медного сплава (см. авт. свид. СССР №1830318, МПК B23K 1/00, 1993).

Согласно этому способу диффузионной пайки изделий гальваническим серебром, выполняют сборку паяемых деталей под пайку с образованием полости между ними, герметизацию полости посредством сварки, размещение припоя, нагрев до температуры пайки с одновременным созданием давления защитного газа в печи и вакуумирование полости между стенками паяемых деталей. Нагревают до температуры пайки и охлаждают. Данное техническое решение принимаем в качестве аналога.

Недостаток данного аналога состоит в том, что нанесение гальванического припоя процесс трудоемкий, требует тщательной подготовки поверхности под покрытие, приборов для измерения толщины нанесенного покрытия, постоянного контроля состава электролита.

Известно также применение припоя при соединении указанных оболочек в виде фольги (см. Г.Г. Гахун «Конструирование и проектирование жидкостных ракетных двигателей, М., Маш., стр. 111, 1989 г.).

Например, из патента РФ №2454305 (прототип) известен способ изготовления сопла камеры сгорания ЖРД, содержащего наружную и внутреннюю оребренную оболочки, которые выполнены из стали. Способ включает сборку оболочек с образованием между ними межреберной полости, при этом располагают между стенками оболочек ленты припоя (марка припоя не указана). Собранное сопло паяют в вакуумно-компрессионной печи. При пайке излишний припой втягивается в щели (ловушек), выполненных в технологическом припуске. После пайки припуск срезают.

В описании этого изобретения не приведен способ крепления ленты припоя к паяемым оболочкам.

Использование ленточного (листового) припоя в прототипе позволяет упростить пайку двухслойных конструкций. Кроме того, это техническое решение применимо только при пайке стальных конструкций.

При рассмотрении вопроса о переходе с гальванического медно-серебряного припоя на листовой припой при пайке сборочных единиц ЖРД одной из основных является проблема крепления листового припоя к паяемым деталям. Связано это с тем, что гальванический припой наносится на стенку из медного сплава, а широко применяемый способ крепления листового припоя с помощью точечной электросварки (ТЭС) используется исключительно для деталей, выполненных из стали или никелевого сплава. При переходе с гальванического припоя на листовой закрепить припой на стенке из медного сплава с помощью ТЭС невозможно из-за высокой теплопроводности меди, в несколько раз превышающей теплопроводность сталей и никелевых сплавов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления двухслойных паяных конструкций, позволяющий осуществить крепление листового припоя на вершинах ребер медной оболочки, исключить излишки припоя и упростить технологию пайки.

Эта задача достигается тем, что в способе изготовления двухслойных паяных конструкций, состоящих из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди, включающий сборку конструкции с размещением листового припоя на одной из паяемых оболочек, нагрев и пайку конструкции, при этом пластины припоя размещают на вершинах ребер внутренней оболочки, причем перед размещением указанных пластин производят гальваническое покрытие внешней оребренной поверхности внутренней оболочки слоем металла, теплопроводность которого меньше в несколько раз теплопроводности меди или медных сплавов, толщиной, предотвращающей рассеивание тепла в месте выполнения крепления пластин, которое осуществляют точечной электросваркой.

Другими отличиями являются:

- в качестве металла с низкой теплопроводностью используют никель;

- пайку производят в вакууме при температуре 1010°C, а в печи создается давление аргона 0,5 МПа;

- толщина никелевого покрытия, наносимого на внешнюю поверхность внутренней оболочки, составляет 30…45 мкм;

- в качестве припоя используют ПМ17, содержащий, мас. %: Ni - 14, Mn - 17, Sn - 6, остальное - Cu.

Технический результат состоит в том, что наличие никелевого покрытия на вершинах ребер внутренней медной оболочки позволяет надежно закрепить полоски листового припоя на указанных ребрах и тем самым упростить технологию пайки.

На чертеже показан фрагмент поперечного сечения цилиндрической секции камеры ЖРД.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают внутреннюю 1 и внешнюю силовую 2 оболочки. На внешней поверхности оболочки 1 выполнены ребра 3. Внутренняя оболочка 1, изготовленная из меди или медных сплавов, оболочка 2 выполнена из стали. Далее на внешнюю поверхность внутренней оболочки гальваническим способом наносится слой никелевого покрытия 4 толщиной 30…45 мкм. После этого на вершинах ребер 3, покрытых слоем никеля, размещают полоски пластинчатого припоя 5 марки ПМ-17, содержащего, мас. %: Ni - 14, Mn - 17, Sn - 6, остальное - 5, которые прикрепляют к ребру с помощью точечной электросварки. Далее оболочки собирают и паяют в вакуумной компрессионной печи при температуре 1010°C. При пайке полость между стенками вакуумируется, а в печи создается давление аргона 0,5 МПа, после пайки паяное соединение охлаждают аргоном.

Использование данного способа пайки двухслойной конструкции позволяет использовать листовой припой вместо гальванического и тем самым снизить трудозатраты при пайке, а также использовать точно необходимое количество припоя.

Проведенные испытания показали надежное крепление листового припоя к бронзовой стенке, которое остается таким вплоть до выбора монтажного зазора при нагреве. Возможность крепления листового припоя с помощью точечной электросварки к бронзовой стенке таким же образом, как это делается в случае стальных стенок, позволяет заменить гальванический припой на листовой и избежать заплавления каналов охлаждения без специальных, срезаемых после пайки, «ловушек» припоя.

Промышленное применение

Изобретение предназначено для использования в ракетной технике. Возможно использование его в других областях техники, где используются паяные соединения. Изобретение готово к промышленному использованию.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей. Изготавливают двухслойную паяную конструкцию, состоящую из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди. Пластины припоя закрепляют на вершинах ребер внутренней оболочки точечной электросваркой. Перед их размещением осуществляют нанесение на внешнюю поверхность внутренней оболочки конструкции гальванического покрытия из никеля с толщиной слоя, достаточной для предотвращения рассеивания тепла при закреплении пластин припоя электросваркой. Вакуумируют полости между оболочками и создают давление защитного газа в печи, в частности, величиной 0,5 МПа. Проводят нагрев конструкции до температуры пайки и ее последующее охлаждение. Толщина никелевого покрытия составляет 30…45 мкм. Используют пластины припоя, содержащего мас. %: Ni - 14, Mn - 17, Sn - 6, Cu остальное. Способ обеспечивает упрощение технологии пайки и исключает образование излишков припоя. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления двухслойной паяной конструкции, состоящей из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди, включающий закрепление пластинчатого припоя между паяемыми оболочками, сборку конструкции под пайку, вакуумирование полости между оболочками, создание давления защитного газа в печи, нагрев конструкции до температуры пайки и ее охлаждение, отличающийся тем, что пластины припоя закрепляют на вершинах ребер внутренней оболочки точечной электросваркой, причем перед их размещением осуществляют нанесение на внешнюю поверхность внутренней оболочки конструкции гальванического покрытия из никеля с толщиной слоя, достаточной для предотвращения рассеивания тепла при закреплении пластин припоя электросваркой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитного газа используют аргон с давлением 0,5 МПа, а пайку осуществляют при температуре 1010°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина никелевого покрытия составляет 30…45 мкм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют пластины припоя, содержащего, мас. %: Ni - 14, Mn - 17, Sn - 6, Cu остальное.