液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天飛行器動力裝置，具體地指一種液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液體火箭發(fā)動機(jī)是航天飛行器的動力裝置，由噴注器、燃燒室和尾噴管等主要部分組成。燃燒室是氧氣和燃料氣體的燃燒場所，是液體火箭發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中的重要部件，兩端分別連接著噴注器和尾噴管。目前，液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室均采用導(dǎo)熱性能良好的銅合金內(nèi)壁和高溫強(qiáng)度良好的不銹鋼材質(zhì)外壁組成，其結(jié)構(gòu)如一個(gè)沙漏形腔體，見附圖1所示，燃燒室的內(nèi)壁外型面上加工有許多超低溫液體燃料自循環(huán)冷卻通道，超低溫液體燃料在冷卻通道內(nèi)吸熱氣化和自循環(huán)冷卻。
[0003]傳統(tǒng)的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室制造工藝中，較早期的是電鑄工藝，后來多采用釬焊工藝。液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的電鑄工藝，是在銅合金內(nèi)壁外表面上電鍍鎳，對不需要鍍鎳的冷卻槽型面進(jìn)行保護(hù)，但電鑄工藝的加工工藝復(fù)雜，每小時(shí)電鑄0.02?0.05mm，鑄到一定厚度再把表面車平再鍍，電鑄周期長達(dá)6個(gè)月，成本高昂。液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室釬焊工藝是在銅合金內(nèi)壁外表面的冷卻槽的凸筋上鋪設(shè)銅釬焊料，在加熱后釬料熔化將內(nèi)外壁焊接，其焊接強(qiáng)度低，零件加工精度要求高，工藝復(fù)雜，可靠性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種導(dǎo)熱性能良好的銅合金內(nèi)壁和高溫強(qiáng)度良好的不銹鋼材質(zhì)構(gòu)成的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制造方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制造方法，它包括如下步驟:
[0006]I)對內(nèi)壁上連接噴注器一端的內(nèi)壁前密封端面和連接尾噴管一端的內(nèi)壁后密封端面，以及位于所述內(nèi)壁前密封端面和內(nèi)壁后密封端面兩個(gè)端面之間內(nèi)壁的內(nèi)壁外型面進(jìn)行精加工處理，所述內(nèi)壁外型面上設(shè)置有液體燃料自循環(huán)冷卻通道；
[0007]2)在所述內(nèi)壁前密封端面上和內(nèi)壁后密封端面上，以及位于所述內(nèi)壁前密封端面和內(nèi)壁后密封端面兩個(gè)端面之間內(nèi)壁的內(nèi)壁內(nèi)型面上，預(yù)留擴(kuò)散連接后的精加工余量，單邊余量為0.5?1.0mm ；
[0008]3)對外壁上連接噴注器一端的外壁前密封端面和連接尾噴管一端的外壁后密封端面，以及位于所述外壁前密封端面和外壁后密封端面之間外壁的外壁內(nèi)型面，進(jìn)行精加工處理；
[0009]4)在所述外壁前密封端面上和外壁后密封端面上，以及位于所述外壁前密封端面和外壁后密封端面兩個(gè)端面之間外壁的外壁外型面上，預(yù)留擴(kuò)散連接后的精加工余量，單邊余量0.5?1.0mm ；
[0010]5)對內(nèi)壁和外壁進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，對內(nèi)壁外型面以及外壁內(nèi)型面洗凈后采用150?200°C真空烘干脫水處理；
[0011 ] 6)將烘干脫水處理后的內(nèi)壁從其直徑最小的腰截面處分成第一段內(nèi)壁和第二段內(nèi)壁兩段，將所述第一段內(nèi)壁和第二段內(nèi)壁分別相應(yīng)套接入所述外壁內(nèi)側(cè)，后放入真空擴(kuò)散連接設(shè)備內(nèi)進(jìn)行連接處理，連接后形成燃燒室，所述真空擴(kuò)散連接設(shè)備內(nèi)的真空度小于6X l(T2Pa，真空擴(kuò)散連接溫度為760?860°C，連接處理時(shí)間為60?90min ；
[0012]7)對真空擴(kuò)散連接后的燃燒室進(jìn)行缺陷的檢測；
[0013]8)對檢測合格的燃燒室進(jìn)行精加工；
[0014]9)按照燃料再生冷卻的工作壓力的1.2?L 8倍壓力，對燃燒室壁內(nèi)的液體燃料自循環(huán)冷卻通道進(jìn)行水壓強(qiáng)度試驗(yàn)，觀察零件外觀有無變形和泄漏；
[0015]10)對燃燒室內(nèi)的液體燃料自循環(huán)冷卻通道以及燃燒室的內(nèi)外各表面清洗晾干即可。
[0016]進(jìn)一步地，步驟8)中，所述精加工時(shí)，對內(nèi)壁內(nèi)型面和外壁外型面進(jìn)行精加工，保證加工誤差小于0.005mm。
[0017]更進(jìn)一步地，步驟6)中的連接處理時(shí)，向內(nèi)壁腔體內(nèi)放入膨脹芯模，所述膨脹芯模中部設(shè)置有壓緊螺栓，擰緊所述壓緊螺栓兩端的螺母擠壓膨脹芯模的側(cè)壁膨脹徑向產(chǎn)生壓力向外擠壓內(nèi)壁，使內(nèi)壁與外壁之間進(jìn)行擴(kuò)散連接；優(yōu)選地，步驟6)中，所述膨脹芯模外側(cè)各接觸面涂刷石墨粉并晾干，涂刷厚度為0.05?0.1Omm,以防止高溫?cái)U(kuò)散時(shí)粘模。
[0018]再進(jìn)一步地，步驟6)中，所述內(nèi)壁與外壁真空擴(kuò)散連接后在真空狀態(tài)下隨爐冷卻至300°C以下再出爐自然冷卻至室溫，以消除應(yīng)力、防止氧化。
[0019]本發(fā)明的燃燒室內(nèi)壁和外壁通過在真空狀態(tài)下的加熱、加壓，使材料達(dá)到原子間的擴(kuò)散連接。如此擴(kuò)散連接強(qiáng)度高，接頭處的強(qiáng)度大于母材強(qiáng)度，通過擴(kuò)散連接后的拉伸試驗(yàn)，斷裂處一般在材料強(qiáng)度低的母材上。擴(kuò)散連接效率高，可靠性好，所有連接面可一次連接完成。同時(shí)，該制造方法操作簡單、加工效率較高，擴(kuò)散連接可在一天內(nèi)完成，較傳統(tǒng)的電鑄工藝和釬焊工藝均提高效率十倍以上。
【附圖說明】
[0020]圖1為液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為圖1中E處結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0022]圖3為內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為置入膨脹芯模進(jìn)行擴(kuò)散連接狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]針對某型號液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示呈沙漏形，為銅合金內(nèi)壁與不銹鋼外壁，其外形最大直徑處為連接噴注器端口直徑d為460mm，長度H為560mm，其燃燒室的制造方法包括以下步驟:
[0027]I)對內(nèi)壁I，結(jié)構(gòu)如圖3所示，連接噴注器一端的內(nèi)壁前密封端面A和連接尾噴管一端的內(nèi)壁后密封端面C，以及位于內(nèi)壁前密封端面A和內(nèi)壁后密封端面C兩個(gè)端面之間內(nèi)壁的內(nèi)壁外型面W進(jìn)行精加工處理，內(nèi)壁外型面W上設(shè)置有液體燃料自循環(huán)冷卻通道3 ;
[0028]2)在內(nèi)壁前密封端面A上和內(nèi)壁后密封端面C上，以及位于內(nèi)壁前密封端面A和內(nèi)壁后密封端面C兩個(gè)端面之間內(nèi)壁的內(nèi)壁內(nèi)型面P上，預(yù)留擴(kuò)散連接后的精加工余量，單邊余量為0.5mm ；
[0029]3)對外壁2上連接噴注器一端的外壁前密封端面Al和連接尾噴管一端的外壁后密封端面Cl，以及位于外壁前密封端面Al和外壁后密封端面Cl之間外壁的外壁內(nèi)型面Pl，進(jìn)行精加工處理；
[0030]4)在外壁前密封端面Al上和外壁后密封端面Cl上，以及位于外壁前密封端面Al和外壁后密封端面Cl兩個(gè)端面之間外壁的外壁外型面Wl上，預(yù)留擴(kuò)散連接后的精加工余量，單邊余量0.5mm ；
[0031]5)對內(nèi)壁I和外壁2進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，對銅合金內(nèi)壁外型面W以及不銹鋼外壁內(nèi)型面Pl堿洗除油、酸洗除銹和清水沖洗，沖洗后采用150°c真空烘干脫水處理，并在0.5小時(shí)內(nèi)放入真空擴(kuò)散連接設(shè)備內(nèi)進(jìn)行真空擴(kuò)散連接；
[0032]6)將烘干脫水處理后的內(nèi)壁I從其直徑最小的腰截面B處分成第一段內(nèi)壁11和第二段內(nèi)壁12兩段，將第一段內(nèi)壁11和第二段內(nèi)壁12分別相應(yīng)套接入所述外壁2內(nèi)，后放入真空擴(kuò)散連接設(shè)備內(nèi)進(jìn)行連接處理，連接后形成燃燒室；
[0033]連接處理時(shí)，向內(nèi)壁I腔體內(nèi)放入膨脹芯模4，膨脹芯模4的前端部分從第二段內(nèi)壁12的前密封端面A端的端口放入，后端部分從第一段內(nèi)壁11的后密封端面C端的端口放入。膨脹芯模4中部設(shè)置有壓緊螺栓5，擴(kuò)散連接時(shí)，擰緊壓緊螺栓5兩端的螺母6擠壓膨脹芯模4的側(cè)壁膨脹徑向產(chǎn)生壓力向外擠壓內(nèi)壁1，使內(nèi)壁I與外壁2之間進(jìn)行擴(kuò)散連接；膨脹芯模4外側(cè)各接觸面涂刷石墨粉并晾干，石墨粉采用酒精調(diào)和，涂刷厚度為0.05mm,以防止高溫?cái)U(kuò)散時(shí)粘模。擴(kuò)撒連接時(shí)，真空擴(kuò)散連接設(shè)備內(nèi)的真空度為5 X 10_2Pa，真空擴(kuò)散連接溫度為760V，連接處理60min。其中，膨脹芯模4型面與內(nèi)壁內(nèi)型面間隙值小于0.05mm，以保證芯模型面與內(nèi)壁型面加壓后充分貼合，內(nèi)壁與外壁真空擴(kuò)散連接后在真空狀態(tài)下隨爐冷卻至300°C以下出爐，以消除應(yīng)力并防止氧化；
[0034]7)對真空擴(kuò)散連接后的燃燒室7采用常規(guī)的超聲