Способ пайки телескопической конструкции Российский патент 2020 года по МПК B23K1/00 B23K1/19 B23K103/18 

Область техники

Изобретение относится к области пайки и, в частности к способу изготовления сборочных единиц жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Предшествующий уровень техники

Телескопические паяные конструкции, например, узлы турбонасосного агрегата (ТНА) ЖРД, состоят из хромоникелевой наружной и внутренней оболочки, выполненной из меди или медных сплавов. Соединение указанных оболочек осуществляется диффузионной пайкой с использованием гальванического медно-серебряного припоя, который наносится на внутреннюю оболочку (см. авт. свид. СССР №1830318, МПК В23K 1/00, 1993).

Согласно этому способу диффузионной пайки выполняют сборку паяемых оболочек под пайку, герметизацию полости между ними посредством сварки торцов оболочек, вакуумирование этой полости, нагрев до температуры пайки с одновременным созданием давления защитного газа в печи для поджатия оболочек друг к другу. Нагревают до температуры пайки и охлаждают. Данное техническое решение принимаем в качестве аналога.

Недостаток данного аналога состоит в том, что, во-первых, требуется защитный газ повышенного давления, во-вторых, для разделения полости пайки и полости печи требуется герметизация полости пайки путем сварки торцов паяемых оболочек.

Известен также патент РФ №2375159 (прототип), в котором пайка телескопической конструкции наружной и внутренней оболочек осуществляется с помощью термофиксатора в виде тонкостенного кольца из материала наружной оболочки, установленного с натягом во внутреннюю оболочку и обеспечивающего принудительное поджатие паяемых деталей друг к другу. После охлаждения после пайки термофиксатор удаляется путем механической обработки.

Недостаток прототипа заключается в необходимости использования термофиксатора для поджатия паяемых деталей.

Известны также приемы сборки деталей с термическим нагревом конструкции, в которой охватываемые детали предварительно нагреваются в печи, например SU 1136921 А, 30.01.1985. Такой прием нельзя использовать при сборке под пайку узлов ТНА ЖРД во избежание окисления паяемой поверхности, которое воспрепятствует получению качественного паяного соединения.

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления телескопической паяной конструкции без применения давления защитного газа, так же как и без термофиксатора для поджатия паяемых деталей и без использования предварительного нагрева их при сборке под пайку.

Эта задача достигается тем, что в способе пайки телескопической конструкции, с материалом наружной оболочки из хромоникелевого сплава, имеющего при нагреве под пайку коэффициент линейного расширения (КЛР) до некоторой температуры меньше КЛР материала внутренней оболочки, а при последующем нагреве до температуры пайки превосходящий КЛР его, отличающийся тем, что оболочки собирают с натягом, путем захолаживания внутренней оболочки в жидком азоте и последующего выдерживания сборки на воздухе, создающим во внутренней оболочке напряжение не меньше, чем предел текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре, соответствующей переходу КЛР материала наружной оболочки от меньшей величины к большей относительно КЛР материала внутренней оболочки.

Технический результат состоит в упрощении технологии пайки.

На чертеже показано продольное сечение паяного соединения сборочной единицы ТНА ЖРД.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают наружную силовую оболочку 1 из хромоникелевого сплава ЭК-61 и внутреннюю оболочку 2 из меди. На внешней поверхности внутренней оболочки 2 устанавливают листовой припой ПМ17 толщиной 0,1 мм 3. Наружный диаметр внутренней оболочки 2 с установленным припоем выполняется больше внутреннего диаметра наружной оболочки 1 на величину 0,1 мм, обеспечивающую натяг между оболочками для получения во внутренней оболочке напряжения не меньше, чем предел текучести материала внутренней оболочки при температуре (600°С), когда КЛР материала наружной оболочки начнет превышать КЛР материала внутренней оболочки. Затем внутреннюю оболочку помещают в емкость с жидким азотом, охлаждают для уменьшения ее диаметра на 0,3 мм, обеспечивающего свободную сборку оболочек в телескопическую конструкцию. Далее внутреннюю оболочку вставляют в наружную оболочку. Собранный таким образом узел выдерживают на воздухе до выравнивания температур оболочек и паяют в вакуумной печи с вакуумом 10^-4 мм рт.ст. При нагреве до температуры 600°С контакт оболочек обеспечивается большим КЛР внутренней оболочки. После температуры 600°С, когда наружная деталь начнет отходить от внутренней, внутренняя деталь, до этого находящаяся в состоянии сжатия, начнет расширяться из-за релаксации напряжения натяга, что позволит сохранить контакт с наружной оболочкой в процессе пайки при температуре 1000°С. При охлаждении после пайки наружная оболочка, КЛР материала которой в диапазоне температуры от 600°С до 1000°С (1000…1050°С), меньше КЛР материала внутренней оболочки, будет сжимать внутреннюю оболочку, обеспечивая плотный контакт с ней до полной кристаллизации припоя (870°С).

Использование данного способа пайки телескопической конструкции позволяет производить пайку без предварительной сварки торцов паяемых деталей для разделения полости печи для пайки и полости пайки, без давления защитного газа для поджатия паяемых деталей, а также без термофиксатора и тем самым снизить трудозатраты при пайке.

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 пайкой сборочных единиц жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Наружная оболочка телескопической конструкции выполнена из хромоникелевого сплава, имеющего КЛР при нагреве под пайку до заданной температуры меньше КЛР материала внутренней оболочки, а при последующем нагреве до температуры пайки превосходящий его КЛР. Оболочки собирают с натягом путем захолаживания внутренней оболочки в жидком азоте и последующего выдерживания сборки на воздухе, создающим во внутренней оболочке напряжение не меньше, чем предел текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре, соответствующей переходу КЛР материала наружной оболочки от меньшей величины к большей относительно КЛР материала внутренней оболочки. Наружная деталь может быть выполнена из хромоникелевого сплава ЭК-61, а внутренняя - из меди Ml или медного сплава БрХ08. Пайку осуществляют при температуре 1000…1050°С в вакуумной печи с вакуумом 10^-4 мм рт.ст. Способ обеспечивает упрощение процесса пайки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ пайки телескопической конструкции, наружная оболочка которой выполнена из хромоникелевого сплава, имеющего КЛР при нагреве под пайку до заданной температуры меньше КЛР материала внутренней оболочки, а при последующем нагреве до температуры пайки превосходящий его КЛР, отличающийся тем, что оболочки собирают с натягом путем захолаживания внутренней оболочки в жидком азоте и последующего выдерживания сборки на воздухе, создающим во внутренней оболочке напряжение не меньше, чем предел текучести материала, из которого она изготовлена, при температуре, соответствующей переходу КЛР материала наружной оболочки от меньшей величины к большей относительно КЛР материала внутренней оболочки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наружную оболочку изготавливают из хромоникелевого сплава ЭК-61, а внутреннюю - из меди M1 или медного сплава БрХ08.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пайку осуществляют при температуре 1000…1050°С в вакуумной печи с вакуумом 10^-4 мм рт.ст.