宇航裝置中的冷凝器按照儀表和特殊要求安裝在倉(cāng)室的內(nèi)外表面，這些部位必須承受規(guī)定的溫度規(guī)范。因此，由這些壁板結(jié)構(gòu)重復(fù)建成圓柱體型內(nèi)外部薄殼體并形成溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的裝置。冷凝器壁板結(jié)構(gòu)上提出2層無(wú)縫連接，在長(zhǎng)度上相鄰兩部分之間要有溝槽，以便熱介質(zhì)循環(huán)（圖1a）。

溝槽截面具有規(guī)定幾何形狀，一個(gè)溝槽本身可以具有一個(gè)或兩個(gè)面。使用材料為鈦合金TC3，冷卻片的厚度為1~1.5mm。

制造壁板傳統(tǒng)工藝過(guò)程包括兩層板在軋制中連接，由于軋制連接不能保證在焊接條件下的溝槽幾何尺寸 ，造成在隨后工序中報(bào)廢率高達(dá)到70%~80%。

在某些裝置中，冷凝器的功能被制成3層波浪形壁板（圖1b）。這里，用于溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的通常為液態(tài)氮。此外，這樣的結(jié)構(gòu)也用于主整流罩的外殼。模具結(jié)構(gòu)是波浪形圓柱體或錐體，用鉚釘與殼體內(nèi)部平滑連接，用氬弧焊與殼體外部連接。焊縫的極限密封水平限制在零件的使用期限內(nèi)。鉗工的鉚接工作量很大。

況且現(xiàn)有技術(shù)采用熔化焊接，毋容置疑，在焊縫處，嚴(yán)重?fù)p害了材料的力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性降低明顯；且沿著焊縫留下了應(yīng)力腐蝕源，從而降低了抗應(yīng)力腐蝕壽命。該方法所制波浪形溝槽尺寸精度難以控制。

一、2層壁板新的制造工藝

提出的工藝方案，歸結(jié)到隨后在一個(gè)工位上緊密閉合模具并在氬氣環(huán)境下使得氣體供給轉(zhuǎn)到毛坯溝槽成形處，在900~930℃以及1~1.5MPa的氬氣氣體壓力下成形20~30min；在兩層板間氣體壓力作用下，進(jìn)行擴(kuò)散焊接工序。

因此，溝槽分布精度及其幾何形狀由模具精度來(lái)確定，精度得以大幅度提高，并且在固相中的擴(kuò)散焊接沒有破壞材料的組織，達(dá)到與母體材料等強(qiáng)度，以保證高水平腐蝕壽命及幾何形狀。

表1給出加工步驟和規(guī)范。

整個(gè)鈦合金壁板成形工藝過(guò)程包括：施以防擴(kuò)散涂層（氮化鈦），將鈦含量約80%的氮化鈦，在500℃真空爐內(nèi)施涂于對(duì)應(yīng)板坯溝槽表面；在氬氣中焊接或在必需的溫度中加熱一段時(shí)間，在氣體壓力下的真空中焊接。

應(yīng)當(dāng)指出，在固相中的擴(kuò)散焊接沒有破壞材料的組織，達(dá)到等強(qiáng)度，以保證高水平腐蝕壽命及幾何形狀。

二、3層冷凝器壁板新的制造工藝

設(shè)計(jì)了波浪形壁板新的結(jié)構(gòu)并擬定了新的工藝。緊密閉合模具并在氬氣環(huán)境下使得氣體供給轉(zhuǎn)到毛坯溝槽成形處，即在875~930℃以及1~1.5MPa的氣體壓力下拉深成形20min，保壓10~15min。工藝過(guò)程還包括板疊中板材的氣體擴(kuò)散焊接。工序排列和規(guī)范列于表2，主要工序略圖見圖3。

制造冷凝器壁板和波浪形壁板共同工序包括：連接和成形。在第一種情況下，用擴(kuò)散焊接連接板疊；在第二種情況下，用熔化焊接。與用氣體成形工藝作用效果是一樣的。冷凝器的兩層壁板和3層壁板工業(yè)實(shí)樣分別示于圖4和圖5，使用板厚1mm；在設(shè)計(jì)的高度10~30mm時(shí)，結(jié)構(gòu)的外廓尺寸達(dá)到500×500mm。

三、結(jié)論

與傳統(tǒng)的制造方法相比較，由于采用新的結(jié)構(gòu)和工藝，零件連接部位的強(qiáng)度增加30~50%；零件的材料消耗減少20~30%；由于去除了熔化焊接和鉚接工序，連接處的精度提高 2~4倍；零件數(shù)量減少到1/5~1/10；由于同樣的制造工序制造勞動(dòng)量減少了1/2~2/3，并且減少了裝配和精加工工作量。

相關(guān)鏈接