中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司 （沈陽 110043） 孔慶吉 杜 靜 鄭國良

1.概述

蜂窩密封結(jié)構（簡稱蜂窩結(jié)構）是現(xiàn)代航空發(fā)動機、燃氣輪機、汽輪機及航天飛機上轉(zhuǎn)子件與靜子件之間密封采用的先進結(jié)構。其制造的關鍵是蜂窩與殼體的連接，目前最為有效的連接方法是真空釬焊。蜂窩結(jié)構件真空釬焊加工主要的技術難點是：釬焊面積大，對釬料預置的均勻性有較高要求；組件裝配定位必須牢固可靠，保證釬焊工藝間隙，且不得損傷蜂窩；蜂窩條帶較薄，釬焊加工須防止蜂窩產(chǎn)生溶蝕；蜂窩芯格釬焊質(zhì)量檢測難度大；零件返修焊時蜂窩芯格內(nèi)釬料容易過量。另外，隨著發(fā)動機修復工程的不斷啟動和發(fā)展，大量的易損蜂窩結(jié)構件需要進行修理。

蜂窩結(jié)構件的釬焊修理不僅存在制造中的技術難點問題，而且還存在蜂窩去除、零件焊接變形控制、保證零件組織性能等問題。為此，針對上述技術難點問題，開展了大量的研究工作，摸索出了一整套蜂窩結(jié)構件釬焊制造和修理中的工藝技術，并在實際應用過程中對其不斷進行完善和優(yōu)化，使其得到廣泛應用。

2.蜂窩結(jié)構件的組成及其用料

蜂窩結(jié)構件由蜂窩夾芯和殼體組成。蜂窩夾芯一般是由厚度為0.05mm或0.08mm的GH536高溫合金條帶制成像蜂窩格子一樣的零件，其芯格形狀為六邊形，尺寸有0.8mm、1.2mm、1.6mm、3.2mm和6.4mm不等；殼體材料一般為不銹鋼和高溫合金的鍛、鑄、鈑金件。蜂窩結(jié)構件有環(huán)形、扇形段及平板結(jié)構。典型環(huán)形蜂窩結(jié)構如圖1所示。

圖1 典型環(huán)形蜂窩結(jié)構

3.蜂窩結(jié)構件真空釬焊工藝流程

蜂窩結(jié)構件真空釬焊的工藝流程：集件→酸洗（鍍鎳）→清洗→釬料預置→裝配定位焊→涂料→烘干→真空釬焊→檢測→補焊（返修焊）→熱處理（如設計要求）→交付。

上述工藝流程中的酸洗（鍍鎳）、清洗、涂料和熱處理（如設計要求）等工序的操作按一般釬焊和熱處理要求完成即可。下面僅就蜂窩結(jié)構件真空釬焊流程中關鍵工序的工藝措施進行描述。

（1）釬料預置 釬焊用料牌號：蜂窩結(jié)構釬焊用料主要根據(jù)零件的材料特性和工作要求進行選擇，對于材料為不銹鋼和高溫合金的蜂窩結(jié)構，釬焊一般使用鎳基釬料。常用鎳基釬料如表1所示。

表1 蜂窩結(jié)構釬焊常用釬料

釬料預置方法：蜂窩結(jié)構釬焊不僅蜂窩基面與底板需要釬焊，而且蜂窩芯格壁連接處也要進行釬焊連接。釬料使用形式和預置方法是保證釬焊質(zhì)量的關鍵。

通常蜂窩結(jié)構件焊前預置釬料的方法有三種：第一種是把鎳基粉末狀釬料與粘結(jié)劑混合制成0.5～0.8mm厚度的粘帶，再把粘帶釬料裁剪成合適的寬度貼在蜂窩基面上，并采用手工或者機械方法將粘帶釬料全部壓入蜂窩芯格內(nèi)。第二是把蜂窩先定位到殼體上，之后再放在一個專用的釬料預置設備中往蜂窩芯格內(nèi)篩釬料粉，然后再往蜂窩芯格內(nèi)噴射粘結(jié)劑，等粘結(jié)劑稍干后，取下組件；第三種是使用一定厚度的鎳基箔帶釬料，按蜂窩待焊面的尺寸裁剪釬料，然后將釬料用儲能點焊法固定在蜂窩基面上。

實踐應用結(jié)果表明：第一種對蜂窩芯格預置粘帶釬料的方法最佳。采用這種方法預置釬料，能使整個釬焊面內(nèi)釬料均勻一致，無蜂窩芯格壁溶蝕現(xiàn)象，從而能保證形成優(yōu)良的釬縫，并且質(zhì)量穩(wěn)定。第二種方法控制釬料的用量比較困難，不但釬焊質(zhì)量差，而且容易造成蜂窩芯格壁產(chǎn)生溶蝕，操作也很復雜。第三種方法對定位焊造成不利影響，主要是定位焊不牢固，釬焊時會出現(xiàn)開焊問題。

（2）裝配定位焊 蜂窩與殼體之間裝配定位焊采用的設備是儲能焊機，其容量為800～1200J。定位焊時，通過調(diào)整儲能焊機電壓，獲得合適的輸出能量。根據(jù)組件結(jié)構及材料特性一般選擇180～350V。

裝配定位焊時與蜂窩接觸的上電極采用柔性的特殊電極，電極與蜂窩接觸面積控制在60～150 mm2，下電極需與殼體表面接觸良好，定位焊間距一般為10～20mm。蜂窩結(jié)構的裝配定位如圖2所示。

圖2 蜂窩結(jié)構裝配定位

（3）真空釬焊 蜂窩結(jié)構組件釬焊時，將其放置在真空爐內(nèi)的釬焊夾具（或托盤）上，入爐進行焊接。真空釬焊參數(shù)包括：釬焊溫度、保溫時間、升溫速率、冷卻速率和真空壓強，不同釬料使用的釬焊溫度和真空壓強如表2所示。升溫速率、保溫時間、冷卻速率則根據(jù)裝爐量和基體材料特性確定。釬焊接頭剖切金相圖片如圖3所示。

表2 真空釬焊主要參數(shù)及接頭強度

圖3 蜂窩與殼體釬焊接頭剖切金相圖片

（4）檢測 蜂窩結(jié)構件釬焊質(zhì)量檢測的內(nèi)容包括未焊上、溶蝕、過量釬料等缺陷。其釬焊質(zhì)量的檢測方法主要有目視檢查、毛細檢查。

目視檢查是借助5～10倍放大鏡觀察蜂窩芯格內(nèi)部，如芯格根部有釬焊圓角，表明芯格釬焊合格，否則不合格。此種方法適用于各種結(jié)構的蜂窩結(jié)構件釬焊質(zhì)量檢測。

毛細檢查是將零件全部浸在有機溶劑異丙醇中，待蜂窩芯格內(nèi)注滿液體且液面無氣泡產(chǎn)生時（3～5min）將零件取出，觀察蜂窩表面液膜情況，液膜消失處表明芯格與殼體未焊上，液膜保持良好處表明芯格與殼體已焊上。這種方法適用于扇形段蜂窩結(jié)構件及平板蜂窩結(jié)構件的釬焊質(zhì)量檢測。

（5）補焊 蜂窩結(jié)構件上蜂窩芯格與殼體未焊上的區(qū)域允許進行補焊。但補焊難度較大，主要是預置釬料的用量很難準確控制，釬焊后蜂窩芯格內(nèi)容易存在過量釬料，蜂窩條帶也容易產(chǎn)生溶蝕，小芯格（芯格尺寸0.8mm）蜂窩結(jié)構補焊更容易出現(xiàn)這些問題。

目前，蜂窩結(jié)構件補焊方法如下：

一是，先將合適厚度的粘帶釬料（與原釬焊用料相同）置于未焊上芯格的表面，然后用滾輪將釬料壓入蜂窩芯格內(nèi)，再用金屬棒將粘帶釬料頂入蜂窩芯格底部，之后清理掉蜂窩表面剩余釬料，最后向蜂窩芯格內(nèi)噴射粘結(jié)劑固定釬料。預置釬料后按原工藝進行釬焊和檢測。此方法用于芯格尺寸為1.6mm以上的蜂窩結(jié)構補焊時效果較好，而用于小芯格蜂窩件的補焊時不僅操作繁瑣，而且極易造成蜂窩芯格內(nèi)存在過量釬料。

二是，先向未焊上蜂窩芯格內(nèi)撒適量粉末釬料（與原釬焊用料相同），然后向芯格內(nèi)噴射粘結(jié)劑固定釬料，最后按原工藝進行釬焊和檢測。該方法僅用于不能采用粘帶釬料進行補焊的小芯格蜂窩結(jié)構件，操作雖然簡單，但卻需靠經(jīng)驗把控釬料量。

4.蜂窩結(jié)構件釬焊修理技術

蜂窩結(jié)構件釬焊修理的方法是將損壞的蜂窩整體去除，然后將新蜂窩釬焊到殼體上。修理中存在的問題是：去除蜂窩時其根部不容易完全去除或損傷殼體；重新釬焊蜂窩時，殼體處于無余量狀態(tài)，極易因爐中熱循環(huán)變形而報廢；釬焊修理后殼體材料的組織和性能應保持良好。只有對以上問題采取有效的技術措施，才能保證蜂窩結(jié)構的成功修理。

（1）去除蜂窩 蜂窩去除應先用車床進行粗加工，然后用磨床進行精加工，加工后殼體待焊面的尺寸須符合設計圖樣要求。需注意的事項是，加工前須精確找正基準，加工時控制進給量。

（2）釬焊及熱處理變形控制 所修理蜂窩結(jié)構件殼體的全部尺寸均已達到設計尺寸，真空釬焊修理必須嚴格控制殼體軸向和徑向變形，尤其要控制殼體裝配部位的變形，否則殼體裝配尺寸和幾何公差將得不到保證，修理后的蜂窩結(jié)構件不能滿足設計圖要求。

控制變形措施如下：

首先，夾具控制變形：是在真空釬焊和熱處理時使用夾具夾緊或脹緊其上的零件。夾具結(jié)構和裝配尺寸根據(jù)零件的結(jié)構尺寸設計制造，同時由于夾具要在中高溫環(huán)境中使用，因此對用于熱變形控制的夾具還有一系列的特殊要求。①夾具材料應有良好的高溫強度、熱疲勞強度、抗氧化性和抗腐蝕性，同時導熱性要好、熱容量要小，并與零件材料有相同或相近的熱膨脹系數(shù)。②夾具在高溫下不應與零件材料發(fā)生反應，也不為釬料所潤濕，并且放氣量要小。③夾具應具有足夠的剛度，且結(jié)構應盡量簡單。④夾具結(jié)構中不得使用螺栓和螺釘。

其次，釬焊熱循環(huán)控制變形：是在真空釬焊過程中對爐內(nèi)零件進行緩慢升溫和冷卻，減少零件的溫度梯度，從而防止零件變形。一般情況下，升溫速率控制在3～5℃/min，冷卻時采取隨爐冷卻方式。此種方法可以與夾具控制變形方法結(jié)合使用。

（3）釬焊修理對殼體組織和性能的保證 當釬焊熱循環(huán)次數(shù)對基體材料的組織和性能可能產(chǎn)生不利影響時，需要通過試驗確定不同次數(shù)釬焊修理熱循環(huán)后基體材料的組織和性能變化情況。根據(jù)試驗結(jié)果，確定修理的可行性或允許釬焊循環(huán)的次數(shù)。

5.結(jié)語

（1）所述鎳基釬料適用于不銹鋼、高溫合金蜂窩結(jié)構件的真空釬焊。

（2）粘帶狀釬料為蜂窩結(jié)構件釬焊用料的最佳使用狀態(tài)，可控制蜂窩溶蝕并獲得穩(wěn)定的釬焊質(zhì)量。

（3）采用儲能點焊方法定位蜂窩，可保證工藝需要的釬焊間隙和牢固性。

（4）按確定的工藝和檢測方法，可釬焊出符合設計圖樣和技術文件要求的蜂窩結(jié)構件。

反之，合理解決蜂窩去除、焊接變形控制及保證釬焊后殼體組織和性能問題，是實現(xiàn)蜂窩結(jié)構件成功修理的關鍵。