Способ пайки сотовых панелей

 

Изобретение может быть использовано при изготовлении сложнопрофилированных панелей с переменным сечением, например пустотелых лопаток вентилятора авиационных двигателей. Сотовые панели состоят из обшивок, между которыми расположены сотовые заполнители. В зоне пайки размещают припой и производят сборку паяемых панелей с поджатием обшивок друг к другу. Далее осуществляют нагрев до температуры пайки и охлаждение. Поджатие обшивок создают оснасткой в заданных температурных условиях пластической деформации, но ниже температуры плавления припоя на 50-250°С. Поджатие обшивок создают не менее чем двумя частями оснастки. Охлаждение производят с обеспечением минимально допустимого градиента температуры по длине панели с подогревом ее части, имеющей меньшее сечение. Способ позволяет исключить возможные случаи недопустимых деформаций тонкостенных панелей, непропаев и неравномерного формирования паяного шва. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области пайки, в частности к пайке сотовых панелей, преимущественно сложнопрофилированных панелей с переменным сечением, например пустотелых лопаток вентилятора авиационных двигателей.

Известен способ пайки сотовых панелей, состоящих из обшивок, между которыми расположены сотовые заполнители, включающий размещение припоя в зоне пайки, сборку паяемых панелей с поджатием обшивок друг к другу, нагрев до температуры пайки и охлаждение (авт. св. СССР №368790, кл. В 23 К 1/19, 1983).

По известному способу пайки сотовых панелей осуществляют одновременно нагрев и сжатие паяемой панели до температуры пайки.

Известный способ не позволяет создать однородного температурного поля при нагреве и охлаждении и различных усилий сжатия для сложнопрофилированной сотовой панели с переменными по длине сечениями и массами из-за различной теплопроводимости и, как следствие, различной пластичности в процессе нагрева и формообразования, а поэтому возможны случаи недопустимых деформаций тонких частей и отсутствия формообразования на массивных участках, а также возможны случаи непропаев, неравномерного формирования паяного шва и недопустимых деформаций панели при охлаждении.

Задачей настоящего изобретения является создание нового способа пайки сотовых панелей, позволяющего осуществлять пайку сложнопрофилированных сотовых панелей переменного сечения, исключающего возможные случаи недопустимых деформаций тонкостенных частей и отсутствия формообразования на массивных участках, а также исключающего случаи непропаев и неравномерного формирования паяного шва и деформаций панели при охлаждении.

Для достижения указанного технического результата способом пайки сотовых панелей, состоящих из обшивок, между которыми расположены сотовые заполнители, включающим размещение припоя в зоне пайки, сборку паяемых панелей с поджатием обшивок друг к другу, нагрев до температуры пайки и охлаждение, поджатие обшивок создают оснасткой в заданных температурных условиях пластической деформации, но ниже температуры плавления припоя на 50-250°С. При пайке сотовых панелей переменного сечения поджатие обшивок создают не менее чем двумя частями оснастки, а охлаждение производят с обеспечением минимально допустимого градиента температуры по длине панели с подогревом ее части, имеющей меньшее сечение.

Предложенный способ поясняется чертежом.

Сотовая панель состоит из обшивок 1 и 2, между которыми расположены сотовые заполнители 3. Собранная под пайку, с размещенными в соответствующих местах припоем, сотовая панель устанавливается в формообразующую оснастку, состоящую из неразъемного основания 4 с технологическим сотоблоком 5, рабочая поверхность 6 которого соответствует профилю сотовой панели со стороны обшивки 1. Верхняя часть оснастки разъемная и состоит из двух элементов 7 и 8, каждый из которых содержит соответственно технологические сотоблоки 9 и 10. При этом рабочая поверхность 11 разъемных сотоблоков 9 и 10 соответствует профилю панели со стороны обшивки 2. Элемент 7 связан с механизмом сжатия 12, создающим давление Р₁ в зоне массивной части панели, а элемент 8 связан с механизмом сжатия 13, создающим давление P₂ в зоне уменьшающихся по длине сечения и массы панели.

Нагрев в зоне массивной части сотовой панели осуществляется нагревателями 14, в остальной части нагревателями 15.

Управление процессом нагрева, сжатия и охлаждения производится аналого-цифровой электронной вычислительной машиной (не показано).

Пример. Осуществлялась пайка пустотелой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя.

Габариты лопатки: длина 1000 мм, ширина максимальная – 400 мм, минимальная – 200 мм, толщина максимальная 40 мм, минимальная - 3 мм.

Сотовый заполнитель изготовлен из ленты титанового сплава ВТ 6 ч ПС (толщина 0,08 мм) и собран с обшивками из титанового сплава ВТ 6 ч под пайку припоем ВПр 16. При сборке лента аморфного припоя размещается между обшивками и сотовым заполнителем. Зазоры между обшивками и сотовым заполнителем не регламентировались.

Определение температуры при нагреве и охлаждении для отработки режимов осуществлялось с помощью термопар, закрепленных на поверхности лопатки, а величина давления контролировалась динамометром.

Заданные условия пластической деформации определялись температурным интервалом горячей обработки материала лопатки и уточнялись экспериментально.

Для сплава ВТ 6 ч ПС интервал горячей обработки составляет 650-960°С (Справочник: Авиационные материалы, т.5, Москва, 1972, ОНТИ. С.415-416).

Устанавливались минимальная и максимальная температуры, при которых прикладываются усилия для формообразования. Они составили: 850°С (максимальная допустимая температура) и 650°С (минимальная допустимая температура). Разность между температурой плавления припоя и максимальной допустимой температурой формообразования составляет:

900-850=50°С,

а разность между температурой плавления припоя и минимальной допустимой температурой формообразования составляет:

900-650=250°C.

Таким образом, температурные условия пластической деформации формообразования) ниже температуры плавления припоя на 50-250°С.

Опытным путем на образцах лопаток определялись оптимальные режимы нагрева, сжатия и охлаждения.

Однородность температурного поля при нагреве и охлаждении лопатки на ее поверхности достигалась последовательным управлением времени включения и отключения нагревателей 14 и 15.

В результате экспериментальных исследований выбраны требования к сборке и режимы пайки:

- скорость нагрева 0,5°С/с;

- зазор между обшивками и сотовым заполнителем при сборке не регламентирован, в процессе пайки при плавлении припоя не более 0,1 мм за счет сжатия изделия с дифференцированным усилием по перу и замку;

- давление в зоне пера, МПа - 3,5;

- давление в зоне замка МПа - 6,5;

- пайка при температуре 950-960°С;

- выдержка при температуре пайки 10 мин;

- нагрев и охлаждение с обеспечением разности температуры по длине изделия не более 5°С.

Пайка осуществлялась в вакуумной камере при остаточном давлении атмосферы в камере 0,067 Па.

В заданных условиях процесса пайки пластическая деформация (формообразование) осуществлялось при температуре 650-850°С. Затем усилия сжатия фиксировались. Осуществлялся нагрев сотовой панели до температуры пайки, при которой система управления процессом нагрева автоматически переходила в режим стабилизации на время выдержки (10 мин). Охлаждение изделия производилось до температуры 200°С с обеспечением минимального градиента температуры 1-5°С по длине лопатки за счет подогрева части пера лопатки, имеющей меньшее сечение нагревателями 15.

Контроль качества пайки осуществляли рентгеновским методом с просвечиванием лопатки по нормали к ее поверхности и под углом 30°, что позволило выявить контуры верхнего и нижнего паяных швов, т.е. паяных швов между обшивками и сотовым заполнителем.

Из представленных в таблице результатов следует, что пайка пустотелой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя предложенным способом обеспечивает высокое качество.

Формула изобретения

1. Способ пайки сотовых панелей, состоящих из обшивок, между которыми расположены сотовые заполнители, включающий размещение припоя в зоне пайки, сборку паяемых панелей с поджатием обшивок друг к другу, нагрев до температуры пайки и охлаждение, отличающийся тем, что поджатие обшивок создают оснасткой в заданных температурных условиях пластической деформации, но ниже температуры плавления припоя на 50-250°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поджатие обшивок создают не менее чем двумя частями оснастки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение производят с обеспечением минимального допустимого градиента температуры по длине панели с подогревом ее части, имеющей меньшее сечение.

РИСУНКИ