毛细管板结构扫描电子束钎焊工艺研究

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1、上海交通大学硕士学位论文毛细管板结构扫描电子束钎焊工艺研究姓名：张毓新申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：姚舜;陈家本20040701摘要随着航空航天飞行器的不断发展众多形状复杂薄壁结构毛细管或异种材料结构件的连接技术成为航天动力机械测控仪等零部件制造的关键论文就某发动机推力室喷注器毛细管板结构的扫描电子束钎焊工艺可行性及其机理展开研究以期为航空航天飞行器部件制造寻求新的连接技术与工艺扫描电子束钎焊是一种融合了电子束加热与真空钎焊两种工艺方法各自优越性的新型硬钎焊技术具有工件局部受热升温迅速

2、高温停留时间短的特点电子束扫描加热路径可借助于工控机任意编辑规划能量精密可控因此扫描电子束钎焊工艺方法尤其适于航空航天领域中薄小精密零件的钎焊连接本论文构建了扫描电子束钎焊试验平台系统包括工控机基于LabVIEW虚拟仪器的函数发生器及信号采集系统功率放大器红外测温仪以及PLC等通过工控机规划控制实现了不规则复杂图形的电子束扫描加热及钎焊过程温度场的实时控制运用扫描电子束钎焊工艺方法对毛细管管板接头进行了钎焊试验探讨了电子束钎焊能量参数和钎焊接头制备工艺对钎焊接头的钎脚高度和钎料扩散深度的影响试验分析结

3、果表明随着电子束输入功率或功率密度的加大钎料向毛细管壁的扩散深度逐渐增大钎脚高度的增长趋势显著在一定范围内钎料扩散深度及钎脚高度随钎料量及装配间隙的增加而增大工件表面状态不同对钎脚尺寸的影响亦不同铰制过的试板钎脚高度最高酸洗的试板次之未经任何处理的试板钎脚高度最低经过大量试验分析得出的优化工艺参数为加速电压60kV束流6.5mA加热时间40s钎料质量25mg聚焦电流564mA装配间隙0.013mm对两件典型钎焊试样的接头微观分析及电子探针扫描选区成分分析结果表明不锈钢毛细管板结构的电子束钎焊过程中接头

4、过渡层主要由硼化镍硼化铬和镍的固溶体组成除了BNi-2钎料中的NiBSi沿母材晶界晶内扩散形成镍铬硼硅的共晶化合物以外母材中的Cr向钎缝溶解导致硼化铬脆性相的形成对于薄壁毛细管而言这种硼化铬脆性相的大量存在将导致毛细管变脆钎缝接头疲劳寿命的极度降低采用扫描电子束钎焊工艺的毛细管板结构之所以能够避免接头出现溶蚀脆化等缺陷其根本原因在于系统工控机对电子束扫描路径的合理规划和对钎焊工艺过程的实时控制使钎焊接头在最短时间内用最小的能量即可形成扫描电子束钎焊工艺有效地限制了钎料中的合金元素向母材的扩散过程避免了

5、毛细管壁中产生脆性金属间化合物最终获得了无缺陷接头关键词:毛细管板接头电子束扫描钎焊工艺工控机虚拟仪器BEAMBRAZINGTECHNOLOGYFORCAPILLARYTUBE-PLATEJOINTAbstractWiththerapiddevelopmentoftheaviation&aerospacetechnology,ithasturnedtobethekeytechniquestojoinamassofprecisecomponentswhichhaveacomplicatedshape,t

6、hin-wallstructure,capillarytube-plateoraremadeofdissimilarmaterialsinfieldssuchas:theaerospaceengines,machinery,survey&controldevicesandsoon.Itisexpectedtoprovideanewmethodofjoiningtechnologyonthemanufacturingofaviation&aerospacecomponents.theweldabilit

7、y&mechanismofScanningElectronBeamBrazing(SEBB)technologyonthecapillarytotubesheetjointofthethrustchamberinjectorhasbeenstudiedinthepresentthesis.SEBBisanewkindofhightemperaturebrazingtechnologywhichcombinesthesuperioritiesofbothElectronBeamProcessingand

8、VacuumBrazing.Becauseofthecharacteristicsoflocalizedheatingarea,rapidtemperaturerisingrate,ashorterhightemperatureholdingperiod,andbecauseoftheprogrammableelectronbeamheatingtrace&controllableEBenergywiththeIPC,SEBBtechnologyispa