钎焊在航空工业中的应用

钎焊在航空工业中的应用

航空发动机是钎焊应用最广泛的领域之一。航空发动机推力大，燃油温度高，使用的结构材料多为不锈钢、钛合金和铝、钛含量较高的高温合金，特别是高温合金，它们的熔焊性能一般很差，因此主要依靠真空或气体保护钎焊进行连接的。例如：发动机导流叶片、高压涡轮导向器叶片、转子叶片、整流器、扩压器、燃烧室燃油喷嘴、高压压气机冠环组件、燃烧室头部转接段、发动机下舱、机舱加热器、燃烧室内外衬套、高压涡轮轴承座、钛合金栅格翼航空发动机轴承机匣尾喷管涡轮、封严和换热用蜂窝结构等等都是采用真空炉中钎焊方法制造的。燃油总管、动力轴、压气机静子环、液压和气压导管等大都采用气体保护感应加热钎焊。仅有少数航空发动机构件采用其他钎焊方法连接，例如：某些导管（包括小加力燃油总管）等，采用了火焰钎焊。铝与不锈钢导管连接采用钎剂保护的炉中钎焊。

1.压气机静子环

航空发动机压气机静子环是发动机的关键部件。JT3D-3B发动机已用于波音707客机和B-52重型轰炸机上，其压气机静子环（4~7级为低压、9~14级为高压）材料为AISI410不锈钢（1Cr13），叶片与内环的连接都采用炉中氢气保护钎焊工艺。4~7级低压静子环采用AMS-4772A银钎料箔带，其名义成分为Ag54Cu40Zn5Ni1，钎焊温度为950℃±5℃。9~14级高压静子环采用厚度为0.2mm的BAu-4金镍材料，其名义成分为Au82Ni18，钎焊温度为1010℃。上述箔带钎料与内环一样冲有型孔，装配时夹在叶片与内环之间。钎焊在林特贝开（Lindbeky）连续辊式氢气炉中进行，该炉体长24m，宽1.6m，高约0.6m，共分6个区，用来批量生产静子环。干氢的纯度为99.94%以上。对一个高压静子环，钎焊周期约4h10min。为使钎焊前的组合件处于无应力状态，组合件采用了刚性垫板。

2.燃油总管

JT3D-3B发动机的燃油总管由两个半环组成，每个半环上分布着四个喷嘴组合件，燃油通过总管的导管流到喷嘴组合件（每个喷嘴组件有6个喷嘴）并使燃油雾化。连续喷嘴组合件和喷嘴的管子是同轴的，材料为Inconel合金，焊前表面镀镍。喷嘴用的管子和锻件是347型不锈钢（1Cr18Ni11Nb）。喷嘴组合件钎焊采用纯铜作钎料，钎焊温度为1121℃。喷嘴组合件之间的连接管钎焊采用Au-18Ni钎料，钎焊温度为1010℃，感应加热几分钟就可达到。感应加热装置的电流频率为10000Hz。保护气氛为97.5%Ar + 2.5%H2的混合气体，露点为-70℃。美国普拉特·惠特尼公司钎焊燃油总管以两个感应加热周期代替了30h 的炉中钎焊。两个感应加热周期是：首先将喷嘴组合件进行感应钎焊，其次是将半环的大组合件钎焊，后者仅需几分钟。喷嘴组合件钎焊是在一个可进行预热、钎焊、冷却和装卸的四工位装置上进行。钎焊用夹具是由无磁性的铝合金制造，充混合气体的容器采用黄铜材料。在保护气体控制系统中装有静电除尘器。感应加热器设计成两半个可分式结构，以形成围绕工件的磁场。钎焊过程是连续进行的。钎焊好的喷嘴组合件经液压试验合格后，与连接管、Au-18Ni钎料一起安装在一个铝夹具盘上，组装成燃油总管的半环，随后运送到另一个钎焊室中进行感应钎焊。钎焊温度为1010℃。可按半环所处不同位置（预热、钎焊、冷却、装卸）顺序，输入不同强度热量。钎焊好的半环经液压试验合格后方可进行燃油总管总装。

3.高压涡轮导向叶片

某发动机高压涡轮导向叶片，集体材料为DZ40M、GH625和K40M高温合金，采用钎料为HBCo51CrNiSiW和HBNi40PdCrBSi，真空钎焊规范：真空度1.33×10-2Pa、钎焊温度为1200℃±5℃、钎焊保温时间为20min。

4.高压涡轮风扇机匣

某发电机高压涡轮风扇机匣，集体材料为TC4（Ti-6Al-4V）钛合金，钎料为Ag68Cu26Ti6和Ag95Al。真空钎焊规范：真空度4×10-3Pa，钎焊温度为860℃±5℃，

钎焊保温时间为30min。

5.蜂窝结构封严环

用于航空发动机涡轮部件密封的蜂窝结构封严环，工作温度达400~650℃。封严环选用低膨胀系数的GH903高温合金，蜂窝芯材为0.05mm厚的GH22，为避免钎料中的硼对蜂窝芯材的溶蚀，选用了Ni77CrSi（Ni-15Cr-8Si）非晶态钎料箔。真空钎焊规范：真空度1.33×10-2Pa、钎焊温度为1165℃±5℃，钎焊保温时间为20min。

6.蜂窝夹层结构承力板

运七飞机的J5A发动机使用了蜂窝夹层结构承力板，蜂窝芯材为Hastelly-x，厚度为0.05mm，上下盖板为GH140铁基高温合金，厚度为0.7mm。钎料为BNi82CrSiB非晶态钎料箔材。钎焊规范：钎焊温度为1030℃、钎焊保温时间为3min，真空度为6.5×10-2Pa。钎缝经目视检测和超声波检测。

7.液压离合器壳体

航空发动机液压离合器壳体，所用材料为40CrNiMoA低合金高强钢，钎料为纯铜（BCu）。钎焊前，钎焊盒中先抽真空充氩气保护，充氩气压力约为2-3Pa.钎焊温度为1120℃±5℃，钎焊时间为8~10min。

8.导管

在飞机上有数以上千计的液压和气压导管，导管的材料有不锈钢、钛合金、铝合金和高温合金等。与机械螺纹连接相比，采用感应钎焊或炉中钎焊的导管接头不仅解决了接头漏油问题，而且大大减轻接头的质量。在美国的A-7、DC-10、F-14、B-70等飞机上已广泛采用钎焊连接的接头。例如在美国某公司的DC-10飞机的液压管路系统中，不锈钢导管总长达805m以上，大约有2000多个钎焊接头，导管外径从4.8mm到31.8mm，共有九种规格。根据导管接头形状，该公司采用了三种特制的感应圈：多腔式、T形的和钳壳式的，钎

料主要有BAg72CuLi（Ag72Cu28Li0.2），熔点为780℃。钎焊在15Kw全自动感应加紧装置上进行。由于感应钎焊接头质量稳定可靠，导管接头的X光检验已被取消，所有导管目前仅用目视检查。在波音707飞机液压系统中有5000个接头也采用感应钎焊连接的。前麦道公司已为A-4喷气战斗机钎焊了10万个接头，接头仅进行目视检查和液压试验。B-70洲际轰炸机的液压系统中有5000多个导管接头，用钎焊接头取代普通螺纹接头，使B-70飞机减重435kg，且大大提高了接头的可靠性。用钎焊连接T形接头，材料为347型不锈钢。WP-7发动机的小加力燃油总管（一段），基材为1Cr18Ni9Ti不锈钢，钎料为HL-CuNi30-2-0-0.2，气体火焰钎焊，钎温1180~1200℃。

9.动力轴

具有1.03×104J的T53喷气涡轮发动机的轴长758mm，轴的一段采用锻造的A1S14140油淬合金钢，采用BAg-1（BAg45CuZnCd）银钎料（固相点607℃，液相点618℃）和AMS4310型钎剂。在0.4kHz的10Kw感应加热装置上进行加热钎焊，钎焊温度为750℃±5℃，钎焊保温时间为30min。现已钎焊了9000根这样的动力轴，成功地运转了1400万小时。采用感应钎焊制造动力轴较用锻件制造的大大减轻了质量，也减少了加工工时。

10.散热器

在飞机上，使用许多铝合金散热器。在飞机上使用的双曲面铝合金滑油散热器和列管散热器，它们都是采用高温真空钎焊的，钎料均为BAl86SiMg（即Al-11.7Si-1Mg）合金。

11.钎焊技术在航空领域中的其他应用

钎焊在航空领域中的应用还有很多，例如美国马赫数为3的YF—12飞机，它采用了Borsic/Al—Ti蜂窝芯复合板作机翼蒙皮。它是由Borsic/Al—Ti上下面板、Ti—3Al—2.5V 蜂窝芯、TC4框架和加强版四部分经真空钎焊组合而成的。再如机载多层复杂结构的铝合金