本發(fā)明涉及液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的多零件結(jié)構(gòu)的焊接方法。

背景技術(shù)：

液體火箭發(fā)動機是航天飛行器的動力裝置，發(fā)動機推力室是其重要的組件，推力室主要由推力室頭部、推力室身部和噴管延伸段等主要部分組成。噴注器是推力室頭部的核心部件，其功能是實現(xiàn)燃料和氧化劑按一定比例混合均勻并燃燒，其工作過程在很大程度上決定了推進劑的完全燃燒程度、推力室工作過程的穩(wěn)定性及推力室壁熱防護的可靠性。

液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的結(jié)構(gòu)種類較多，根據(jù)實際需要不同，所使用的結(jié)構(gòu)也不僅相同，其中互擊式噴注器是應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)之一，其噴注器的噴注結(jié)構(gòu)如圖1所示。

液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的噴嘴傳統(tǒng)焊接方法按照傳統(tǒng)工藝方法，所有零件之間的連接都采用焊接工藝，焊接件多，然而，產(chǎn)品的氣密性要求極高，采用傳統(tǒng)釬焊工藝的工藝難度大，而且焊接質(zhì)量不易保證，可靠性低，該工藝特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)工藝復雜，零件加工時需要在焊接面之間留出均勻的銅箔釬料間隙，焊接前在焊接面間隙之間均勻填充銅箔釬料，加工和裝配難度大，效率低，釬焊難度大，焊接可靠性差；

2)焊接需要在真空室中加熱完成，加熱溫度太高，則釬料熔化從焊接面間隙中流失；加熱溫度太低，則釬料焊接力下降，要保證數(shù)量眾多的噴嘴焊接牢固可靠無滲漏十分困難，產(chǎn)品合格率較低；

3)一旦出現(xiàn)焊接泄露，再次進行釬焊補焊時，之前以焊接完好的焊縫可能經(jīng)高溫后釬料流失而導致脫焊，產(chǎn)品報廢風險極大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的多零件結(jié)構(gòu)的焊接方法，該方法大大提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和可靠性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器的多零件結(jié)構(gòu)的焊接方法，包括以下步驟：

1)加工焊接件：根據(jù)頭部噴注器工藝要求加工制作焊接件，焊接件包括噴注器整體結(jié)構(gòu)件和圓形底座，圓形底座以圓心為圓點由內(nèi)至外包含了多圈噴嘴單元槽組，每圈噴嘴單元槽組由多個均布的噴嘴單元槽組成，噴嘴單元槽在圓形底座呈蜂窩狀排布；

2)加工噴嘴單元的焊接基準：利用數(shù)控設(shè)備在圓形底座下端面的實體處標刻四個十字焊接基準；焊接基準標刻標刻刀具采用專用的刻模銑刀，

3)焊接件預(yù)處理：對噴注器環(huán)整體件、圓形底座進行堿洗除油、酸洗除銹和清水沖洗，沖洗后采用高溫真空烘干脫水；

4)裝配焊接件：找正焊接件的外圓和端面，然后將噴注器整體結(jié)構(gòu)件和圓形底座裝配成形；

5)焊接件焊接：用真空電子束依次對噴注器環(huán)整體件與圓形底座裝配的最外圈和最內(nèi)圈焊縫位置進行焊接；

6)噴嘴單元焊接：以圓形底座的噴嘴單元槽數(shù)量最多的直徑為等分線將圓形底座對稱等分成偶數(shù)個數(shù)的焊接區(qū)，再按分區(qū)對稱的方式在每個區(qū)中焊接一個噴嘴單元以固定定位，然后按對稱的方式對分區(qū)線上的噴嘴單元進行焊接固定，最后對每個分區(qū)內(nèi)的噴嘴單元逐個采用對稱的方式進行焊接固定，即得到頭部噴注器；

7)檢測步驟4)和5)中焊縫：對噴注器進行水壓試驗和氣密性試驗檢測上述焊縫強度和密封性；

8)烘干：對噴注器進行真空烘干脫水；

9)檢測步驟5)和6)中焊縫的密封性：利用氦質(zhì)譜檢漏工裝對噴注器整體進行漏率檢測。

進一步地，所述步驟1)中，零件的裝配間隙小于0.1mm。

再進一步地，所述步驟2)中，焊接基準寬度小于0.1mm。

再進一步地，所述步驟3)中，高溫溫度為130～180℃。

再進一步地，所述步驟4)中，找正公差小于0.05mm。

再進一步地，所述步驟5)中，焊縫深度定為2～3mm

真空電子束焊接參數(shù)選取為：

再進一步地，所述步驟6)中，焊深為1～2mm，相應(yīng)地真空電子束焊接參數(shù)選取為：

再進一步地，所述步驟8)中，高溫溫度為130～180℃

再進一步地，所述步驟9)中，噴注器整體漏率不大于1×10^-8Pa·m³/s。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明將復雜噴注器結(jié)構(gòu)的焊接工藝方法由傳統(tǒng)釬焊優(yōu)化為焊接方法更為先進、可靠性更高、焊接質(zhì)量更好、焊接風險更小的真空電子束焊接，并且傳統(tǒng)釬焊一旦失敗幾乎無法補焊，而真空電子束焊接可以進行局部補焊，降低了產(chǎn)品報廢風險。進一步地，本發(fā)明對產(chǎn)品真空電子束焊接工藝方法進行了優(yōu)化，通過控制焊接零件的加工尺寸、摸索合適的焊接參數(shù)和排布噴嘴單元的焊接順序來提高產(chǎn)品焊接的合格率、減小產(chǎn)品的焊接變形和熱應(yīng)力集中等問題，最終保證產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和工藝穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明焊接方法焊接的液體火箭發(fā)動機推力室頭部噴注器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實施例中90個噴嘴單元分布圖；

圖3為本實施例中噴注器環(huán)整體件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實施例中圓形底座2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實施例中90個噴嘴單元的焊接順序示意圖，其中，數(shù)字符號為焊接順序編號，

圖中，噴注器整體結(jié)構(gòu)件1、圓形底座2、噴嘴單元槽、3焊接基準標刻面4、焊接基準5。

具體實施方式

為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。

實施例1

針對某型號液體發(fā)動機推力室頭部噴注器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料均為GH4169，其中包含了90個噴嘴單元，這90個噴嘴單元呈蜂窩狀按5圈排布，每圈噴嘴單元的分度圓直徑由內(nèi)至外依次為Φ38mm、Φ67mm、Φ96mm、Φ125mm、Φ154mm，噴嘴單元數(shù)量依次為6、12、18、24、30，噴嘴單元裝配直徑Φ5mm，圓形底座2外圓直徑Φ187mm，內(nèi)孔直徑Φ16mm，噴嘴單元分布圖見附圖2，噴嘴該噴注器的焊接及檢測試驗方法及過程如下：

1)加工焊接件：根據(jù)頭部噴注器工藝要求加工制作焊接件，焊接件包括噴注器整體結(jié)構(gòu)件1(見附圖3)和圓形底座2(見附圖4)，圓形底座2以圓心為圓點由內(nèi)至外包含了多圈噴嘴單元槽3組，每圈噴嘴單元槽3組由多個均布的噴嘴單元槽3組成，噴嘴單元槽3在圓形底座2呈蜂窩狀排布，零件的裝配間隙小于0.1mm；

2)加工噴嘴單元的焊接基準5：利用數(shù)控設(shè)備在圓形底座2下端面(見圖5)的實體處標刻四個十字焊接基準5，如圖5所示，四個焊接基準5的取法為：以圓形底座2的噴嘴單元槽3數(shù)量最多的任一直徑的兩端為兩個焊接基準，與其垂直的直徑兩端為另外兩個焊接基5準。焊接基準5十字中心距離圓形底座2中心87.5mm，標刻刀具采用專用的刻模銑刀，標刻寬度不大于0.1mm；

3)焊接件預(yù)處理：對噴注器環(huán)整體件、圓形底座2進行堿洗除油、酸洗除銹和清水沖洗，沖洗后采用溫度為130～180℃且真空條件下烘干脫水；

4)裝配焊接件：裝配圓形底座2和噴注器環(huán)整體件，保證裝配到位，圓形底座2面朝上放置，用三爪卡盤將裝配件裝夾在電子束焊設(shè)備工作臺上，找正焊接件的外圓和端面，然后將噴注器整體結(jié)構(gòu)件1和圓形底座2裝配成形，找正公差小于0.05mm；

5)焊接件焊接：應(yīng)用真空電子束焊接依次焊接噴注器環(huán)整體件與圓形底座2裝配的最外圈和最內(nèi)圈焊縫位置，移動工作臺，將電子束頭對準焊縫處，工作臺轉(zhuǎn)動，電子束下束，整圈焊縫焊接完成后停束。為保證焊接質(zhì)量和承壓要求，焊縫深度定為2mm，相應(yīng)地真空電子束焊接參數(shù)選取為：

6)噴嘴單元焊接：應(yīng)用真空電子束焊接將圓形底座2分別與90個噴嘴單元焊接，焊接時利用設(shè)備工作臺的X軸、Y軸聯(lián)動機構(gòu)，掃描90個噴嘴單元的焊縫坐標，在每個噴嘴單元焊接時執(zhí)行起束和停束，跨噴嘴單元焊接時保證設(shè)備處于停束狀態(tài)。90個噴嘴單元的焊接順序采用分區(qū)對稱的方式，將呈蜂窩狀排布的90個噴嘴單元分為6個區(qū)，首先按分區(qū)對稱的方式在每個區(qū)中焊接一個噴嘴單元進行定位，其次，按對稱的方式將分區(qū)線上的噴嘴單元進行焊接，最后，按分區(qū)對稱的方式對每個區(qū)域的噴嘴單元逐個進行對稱焊接，噴嘴單元的焊接順序見附圖5。為保證焊接質(zhì)量滿足承壓和密封要求，焊深定為約1.5mm，相應(yīng)地真空電子束焊接參數(shù)選取為：

7)檢測步驟4)和5)中焊縫：對噴注器進行液壓試驗檢測焊縫強度，試驗壓力為實際工況壓力的1.5倍，保壓時間為10min，不允許出現(xiàn)滲漏和變形；對噴注器進行氣密試驗檢測焊縫的密封性，試驗壓力為實際工況壓力的1倍，保壓時間為10min，試驗時將產(chǎn)品放置于清水中，不允許出現(xiàn)壓降和氣泡；

8)烘干：使用潔凈烘干箱對噴注器進行150℃真空烘干脫水；

9)檢測步驟5)和6)中焊縫的密封性：利用氦質(zhì)譜檢漏工裝對噴注器整體進行漏率檢測，要求整體漏率不大于1×10^-8Pa·m³/s。

實施例2

針對某型號液體發(fā)動機推力室頭部噴注器，其中包含了60個噴嘴單元，

本實施例與實施例1的步驟基本相同，不同之處在于：

1)步驟5)中，真空電子束焊接參數(shù)選取為：

2)步驟6)中，相應(yīng)地真空電子束焊接參數(shù)選取為：

其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護范圍。