[發明專利]面向陶瓷基復合材料及碳/碳復合材料的高溫感應釬焊裝置

有效

• 申請號: 202110507580.3
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113385766B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 張貴鋒;張譽;鮑建東;張林杰;張建勛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K3/00
• 分類號: B23K3/00;B23K3/047;B23K3/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種面向陶瓷基復合材料及碳/碳復合材料的高溫感應釬焊裝置，包括Mo管及其外側的耐氧化高溫保護套，Mo管和耐氧化高溫保護套均置于感應加熱電源的感應線圈內。Mo管經感應加熱提供輻射熱源，用于加熱Mo管內放置的陶瓷基復合材料母材或碳/碳復合材料母材。耐氧化高溫保護套用于防止Mo管表面在高溫下氧化，從而提高Mo管的使用壽命，以及用于降低母材焊接后所形成的工件的冷速。該裝置實現了在氬氣保護氣氛下利用感應釬焊方法將釬焊加熱溫度升高到1500℃以上，并且具有免抽真空、加熱速度快、設備投資小、施焊方便及成本低的優點。

技術領域

本發明涉及一種適用于陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料母材的感應釬焊裝置。

背景技術

陶瓷纖維強化的陶瓷基復合材料(如SiCf/SiC)、碳纖維強化的陶瓷基復合材料(如Cf/SiC)、碳纖維強化的碳基復合材料(如C/C)具有高溫強度、抗燒蝕性能好以及密度低的優點，在高溫服役環境下可替代金屬材料，成為航空航天高溫結構件的重要原材料。對于由以上陶瓷基復合材料(CMC：Ceramic Matrix Composite)、碳/碳復合材料構成的高溫結構件，其焊接工藝不能采用電弧焊，而是主要采用釬焊工藝。并且由于主要用于高溫服役條件，因此，對釬焊所用釬料的要求是熔點高、潤濕性好，對釬焊裝置的要求是能耐高溫。

常用真空釬焊爐的真空環境有利于防止釬料金屬氧化、抑制釬料合金元素燒損、改善界面潤濕性，在金屬母材的釬焊方面具有焊接質量穩定的優點，但在應用于陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料的高溫釬焊時，存在以下問題：(1)焊接前需要預先抽真空，不僅設備投資增大(數十萬元)，而且抽真空耗費時間，使高溫感應釬焊的設備成本與時間成本明顯增高；(2)由于通常采用外部傳導電流通過Mo片、Mo絲、Mo條時產生的焦耳熱為熱源，加熱速度慢；(3)允許的最高加熱溫度通常小于1200℃。

雖然感應釬焊具有加熱速率快的優點，但陶瓷基復合材料中因陶瓷相基體或陶瓷相增強相的存在限制了渦流的產生，導致陶瓷基復合材料無法直接進行感應加熱。中國專利201320263798.X所提出的高頻感應真空釬焊爐，通過感應加熱電磁屏蔽層，以電磁屏蔽層作為輻射熱源完成工件的釬焊，解決了高頻磁場的集膚效應所導致的爐內溫度場不均勻、不穩定的問題。但該專利依然需要由真空室提供真空釬焊條件。

作為組成高溫結構件的材料，CMC與C/C母材需要使用高熔點釬料，釬焊溫度隨之升高。雖然此類母材表面不易被氧化，但在沒有嚴格的真空密封保護措施下，作為輻射熱源的電磁屏蔽層(采用Mo材等制成)、釬料金屬成分均容易在所需要的極高的釬焊溫度下發生氧化；此外Mo材的塑性差，容易在反復加熱/冷卻循環中發生開裂。

目前亟待提出一種加熱迅速、加熱峰值溫度高、免抽真空的“高效低成本”感應釬焊裝置。

發明內容

針對真空釬焊用于陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料存在的設備投資大、抽真空耗時長、加熱速率慢、生產成本高的問題，本發明提供一種面向陶瓷基復合材料及碳/碳復合材料的高溫感應釬焊裝置。該感應釬焊裝置以感應加熱作為間接熱源，通過在Mo管等難熔金屬管的腔壁產生熱輻射，從而實現適用于陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料母材的高效低成本快速感應加熱，并提高高溫感應釬焊設備使用壽命和焊接質量。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

該感應釬焊裝置包括難熔金屬鉬(Mo)管以及設置于Mo管外側的耐氧化高溫保護套，所述耐氧化高溫保護套的外側設置有感應線圈，感應線圈通過加熱Mo管的腔壁形成用于加熱母材(陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料)的輻射熱源(即通過對Mo管進行感應加熱，使Mo管成為用于釬焊加熱的發熱體)，耐氧化高溫保護套上設置有與Mo管內部(Mo管腔壁所圍成的管內空腔，主要用于放置和加熱待焊接的母材)相連通的保護氣進氣孔。

其中，耐氧化高溫保護套主要分為高溫水泥保護套和陶瓷保護套兩類。高溫水泥保護套采用在Mo管與其外側模板之間澆筑高溫水泥而成(故又稱為高溫水泥模套)，與Mo管外壁緊密貼合(無間隙)。