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机械科学研究总院绿色钎焊技术取得重要突破4

2019-10-19 03:48

钎焊技术广泛应用在家电、电子、信息、能源等产业中,但传统钎料含有铅、镉、卤化物等有毒有害物质,在制造和使用过程中会对环境造成严重污染,长期以来,国内外缺少解决这一难题的有效途径。

4166.com 1 特种焊接工艺

机械总院针对钎料无害化制备和应用开展了一系列关键共性技术攻关,取得重大成果:一是系统研究多种合金元素对银基、锌基钎料性能的影响,开发出铜磷基、锌铝基、银铜锌基钎料等系列专用无害化钎料,综合性能优于含有毒元素的传统钎料;二是针对无害钎料制造瓶颈,研制出铜磷钎料无烟尘制备工艺与装备,基本消除了磷化物烟尘排放,开发出新型成形技术,解决了钎料生产流程长、能耗高、排放大的难题,首创表面镀锡复合焊条、金属粉芯焊丝及三明治复合焊片等多合金复合钎料,实现了难加工钎料的制造、使用一体化;三是在国内外首次制备了无粘结剂的钎剂涂覆焊环,实现了钎焊过程无残碳、无夹渣,创立无缝药芯焊丝及其生产工艺,制备的焊丝钎剂排放量减少到国际同行的十分之一,解决了钎剂浪费、环境污染等难题。

  焊接技术是先进制造行业的关键技术,是材料形成零件和零件成为产品的桥梁。焊接质量直接影响着产品的性能、寿命和安全。焊接技术在解决复杂结构制造、简化材料成形工艺和降低制造成本等方面发挥着重要作用,已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。焊接技术通常应用于航空、航天、船舶、石油、化工、汽车、机械、电子等领域,其中,焊接技术在航空工业的应用尤其广泛,被喻为编织飞行梦想的“连接器”。

该成果授权发明专利25件,出版专著6本。经河南省科技厅组织的专家组鉴定,该成果整体达到国际先进水平,2015年获得中国机械工业科学技术奖一等奖。该成果已应用在20个省、21个制造领域的1000多家企业,对于提升行业技术水平,推动实施绿色制造具有重要意义。

  中航工业北京航空材料研究院(以下简称“航材院”)是我国最早进行焊接技术研究的航空科研院所之一。经过57年的发展,航材院在焊接方面已形成航空新材料的焊接性研究与焊接接头性能评价技术、新型高温结构材料的钎焊与扩散焊技术、航空复杂结构的焊接制造技术、特种焊接材料制备技术、发动机关键部件焊接修复再利用及可靠性评价技术等五大核心研究方向,在我国航空焊接领域综合实力处于领先地位,已成为中国航空焊接技术的“梦之队”。

  航空钎焊扩散焊技术的领导者

  钎焊和扩散焊技术是应用最为广泛的先进焊接技术之一。为大力发展钎焊扩散焊技术,航材院专门设立了“钎焊扩散焊研究与工程技术中心”。这是一支优秀的科研团队,代表着国内钎焊扩散焊技术的一流水平,尤其是在先进铸造高温合金及叶片的钎焊与扩散焊、航空发动机失效涡轮叶片的钎焊修复与再利用、复杂铝合金构件的精密钎焊、高温结构陶瓷的高温钎焊以及异种材料的钎焊等航空新材料、新结构钎焊扩散焊技术领域形成了独特的优势。

  4166.com,发动机高温合金叶片的钎焊技术是航空发动机的核心技术之一。“核心技术买不来”。航材院钎焊扩散焊研究与工程技术中心通过自主研制攻关,在先进铸造高温合金叶片的钎焊扩散焊技术方面取得突破进展,研发的发动机DZ125高温合金高压涡轮工作叶片焊接技术已经服务于航空工厂。为满足第二代单晶高温合金叶片的型号研制需求,在无任何经验可借鉴的情况下,该中心对DD6单晶高温合金的钎焊和过渡液相扩散焊工艺进行了深入系统的自主研究,获得了高性能的焊接接头,仅用两年就突破了焊接近缝区再结晶这一国外用了五年时间才解决的技术难题,避免了叶片材料的巨大浪费,为我国先进航空发动机单晶涡轮叶片的研制做出了贡献。目前,航材院在先进铸造高温合金叶片钎焊技术领域处于国内领先地位,钎焊技术基础研究工作也日益受到国内同行的认可,仅2012年度就有两项关于钎焊技术的国家自然科学基金项目获得资助。 

  缝阵天线是机械扫描天线中的先进结构形式,是雷达最关键的精密部件之一,堪比雷达的“眼睛”。雷达制导导弹用天线一般采用多层结构,其制造加工需要叠层组装精密钎焊技术。航材院钎焊扩散焊研究与工程技术中心通过15年的技术攻关,突破了钎料选择及添加、焊着率控制、焊接变形控制等多项关键技术,并形成小批量生产能力,自主研发出一整套多层铝合金平板缝阵天线的真空精密钎焊关键技术,该项目被鉴定为“技术水平属国内领先,达到了国际先进水平”,该技术目前已经广泛应用于航空、航天以及民用等多个领域。

  航空钛合金电子束焊接的前行者

  近些年来根据先进航空钛合金的研制进展,航材院开展了大量的钛合金电子束焊接技术研究,在钛合金焊接质量控制和接头组织性能技术等方面处于国内领先地位。焊接研制的某型发动机钛合金、高温合金转子部件已通过试车考核并进入批产阶段。通过在航空装备制造中采用真空电子束焊接技术,使零件的制造难度降低约40%~50%,结构零件的总重量减少25%~40%。同时,为满足TC21损伤容限型钛合金飞机关键承力部件的设计要求,航材院通过科研攻关,突破了TC21钛合金60mm厚截面电子束焊缝质量控制技术,消除了大厚度截面深熔电子束焊缝气孔、空洞、未熔合及根部钉尖等焊接缺陷,形成了大型复杂结构低应力、小变形电子束焊接制造关键技术,实现了电子束焊接接头综合性能与母材水平相当,在国内首次成功实现大厚度TC21损伤容限型钛合金承力框结构的电子束焊接制造,为TC21钛合金成功应用于飞机大型安全寿命级关键承力部件提供了稳定可靠的关键焊接技术。此外,航材院还研究了大晶粒铌材电子束焊接技术,保证了超导腔复杂结构焊缝内部质量和背面成形。

  特种焊接材料制备技术的创新者

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