东莞市力华机械设备有限公司钎焊在航天工业中的应用之液体火箭制造钎焊在液体火箭中制造中的应用液体火箭发动机是大型运载火箭、载人飞船和航天飞机的“心脏” 钎焊主要用于液体火箭发动机推力室，以及导管、涡轮泵、蒸发器、冷凝器等部件，对制造液体火箭发动机有着至关重要的作用1.液体火箭发动机推力室大型液压火箭发动机推力室主要由头部喷注器、燃烧室身部和喷管三部分组成目前世界上大型液体火箭发动机推力室按其燃烧室压力高低可分为中压（3 ~ 7MPa）和高压（7 ~ 21MPa）两种前者一般采用波纹板夹层结构或管束式结构推力室，采用钎焊方法制造；后者美国通常采用铣槽式-电铸镍结构燃烧室，喷管采用钎焊的管束式结构俄罗斯的铣槽式推力室都是采用扩散钎焊方法制造的喷注器组合件：它主要由几百个精密装配的喷嘴和上、下隔板等零件组成，其靠近燃气处要经受 3000℃高温，工作条件十分恶劣，材料一般为不锈钢或耐热合金由于喷注器结构异常复杂，因此都采用先抽真空再充填流动的还原性气体（如氢或氩气与三氟化硼混合气体）的炉中钎焊，钎料为锰基钎料或铜基钎料锰基钎料钎焊温度为 1180℃±10℃、钎焊保温时间为 20 ~ 30min。
波纹板夹层结构推力室：这里所指的波纹板夹层结构推力室实际上是燃烧室身部与喷管的组合件它由内、外壁和波纹板三部分构成，材料为 1Cr18Ni9Ti 不锈钢，钎料为锰基合金，熔化温度为 1035 ~ 1080 ℃，钎料厚度为 0.12mm钎焊前，所以零件表面均酸洗镀镍，镀层厚 8 ~ 12μm采用高温真空（波纹板夹层抽真空）钎焊工艺钎焊温度 1180℃±10℃、钎焊保温时间为 30min，钎焊时波纹板夹层中的真空度不低于 6.65Pa波纹板夹层结构推力室简单，加工方便，前苏联所有中亚燃烧室的液体火箭发动机（如 PД-107、PД-219 等）推力室均采用这种钎焊结构，并在 SS-6A、SS-9F 等系列运载火箭上获得应用管束式发动机推力室：管束式推力室较波纹板结构具有较轻的质量和较高的传热效率推力室由几百根变截面管、承载外壳、加强箍等在气体保护的加热炉中钎焊而成一次钎焊的钎缝可达几百条、长近千米其制造工艺较波纹板夹层结构的要复杂的多推力室发动机型号推力/10 4kN 推进剂材料 壁厚/mm钎料 钎焊设备 用途LR-79LR-93LR-1056813527.2液氧/煤油液氧/煤油液氧/煤油镍管镍管镍管0.30.28—银基银基银基手工手工或煤气炉手工或煤气炉“雷神”“宇宙神”主级“宇宙神”助推级LR-87 195 N2O4/混肼T-347 型不锈钢0.5AMS4777（BNi82CrSiB）煤气炉“大力神”第一级LR-91 136 N2O4/混肼T-347 型不锈钢0.5AMS4777（BNi82CrSiB）煤气炉“大力神”第二级RL-10 6.8 液氧/液氢T-347 型不锈钢0.28“半人马星座”第二级 东莞市力华机械设备有限公司F-1 680 液氧/煤油 Inconelx-750 0.6 金钯基 煤气炉“土星 V”第一级J-2 90 液氧/液氢T-347 型不锈钢0.3Ag-10PdAu-18Ni炉中“土星 V”第二级SSME 213 液氧/液氢喷管材料为A-286*0.4 金基 炉中 航天飞机注：燃烧室为铣槽式结构，电阻镍夹套。
铣槽式结构燃烧室和喷管：当燃烧室压力在 7MPa 以上时，为增加结构刚度和改善热效率，一般都采用铣槽式燃烧室，即在燃烧室的内壁的外表面用数控铣加工出冷却槽道在美、法、日等国，内壁材料通常为 Cu-Ag-Zr 合金，外壁为电铸镍夹套，用 Inconel718 合金外壳承受燃烧室的压力，喷管采用管束式钎焊结构如美国航天飞机主发动机（SSME）的喷管就是采用 1086 根总长为 3292m 的 A-286 铁基高温合金锥形管与加强箍、Inconel710 外壳、支管基体环等钎焊而成的管端插入歧管钻孔处还有 2160 个钎焊接头钎焊缝总长度超过 4277m高压补燃的液体火箭发动机，燃烧室为铣槽式电铸镍结构，喷管为管束式钎焊结构前苏联的铣槽式推力室结构较简单，不采用管束式喷管，仅在燃烧室和喷管的内壁的外表面铣出冷却液槽道，在燃烧室扩散段上部铣出螺旋形槽道，其下到喷管出口端均铣直槽道燃烧室内壁材料一般为铬青铜、外壁材料通常为耐热不锈钢喷管内、外壁材料大多为耐热不锈钢，但也有钛合金的，它们在可用氩气加压特制的感应加热炉内进行扩散钎焊（铜与钢、钢与钢）或扩散焊（钛与钛） 炉内充氩加压时，最大压力可达 0.55MPa。
燃烧室组装前，铬青铜内壁待焊处镀银、厚度为 8 ~ 10μm：耐热不锈钢外壁待焊处先镀 8 ~ 10μm 镍层，再镀 8~12μm 铜层将装配好的燃烧室（或喷管段）装在缓慢旋转的可抽空的主轴上加热前，燃烧室槽道和加热炉内均抽真空，真空度不低于 1.33×10-2Pa加热开始后，加热炉中充氩加压到 0.16 ~ 0.35MPa，燃烧室槽道内仍保持抽真空、真空度不低于 5×10-1Pa扩散钎焊温度为 950℃±5℃，保温时间为 10 ~ 20min内外壁在外压和加热温度共同作用下，产生变形并贴紧，银、铜镀层相互扩散并熔化，冷却后形成牢固接头，接头抗剪强度可达 175MPa 左右也可采用锰、镍镀层进行钎焊扩散：首先在铜内壁的外表面镀锰，锰层厚度为 12 ~ 15μm ，再在耐热不锈钢外壁的内表面上镀镍，镍层厚度为 10 ~ 12μm扩散钎焊时，槽道内的真空度不低于 6.65Pa扩散钎焊温度为 1010℃±10℃，保温时间 10min，感应加热炉的氩气压力为 0.16 ~ 0.35MPa，接头抗拉强度可达 200 ~ 225MPa喷管内外壁为钛合金时，可不加镀层，直接在 950℃、0.35MPa 压力下进行扩散焊接。
前苏联的铣槽式推力室已用于 PД-120 、PД-0120、P Д-170 和 PД-253 等型号的发动机上，并应用于质子号、天顶号和能源号等运载火箭高压补燃、铣槽式推力室的 PД-170 液体火箭发动机，该发动机燃烧室压力达 25MPa2.涡轮液压火箭发动机燃气涡轮泵的涡轮转子，几乎都用钎焊方法吧铸造叶片与锻造的圆盘连接起来采用钎焊连接的转子，不但可获得精确的尺寸，而且可将性能相差大的材料连接起来例如长征三号运载火箭发动机二级涡轮盘，材料为 CH4169 镍基高温合金，要求在每5 片叶片端头钎焊一条 1Cr18Ni9Ti 不锈钢带条作为卫带（又称叶冠） ，钎料为 φ 0.7mm 的Au-18Ni 丝材钎焊前，涡轮盘和叶冠表面应镀镍，镍层厚 8 ~ 12μm 钎焊加热时，不应破坏或减弱镍基高温合金 GH4169 在双时效后的组织和性能，特别是叶片根部的每个涡轮盘的 180 片叶片与叶冠连接采用了高频感应连续顺序钎焊工艺钎焊在 GP-60A（功率 东莞市力华机械设备有限公司为 60Kw、频率为 300 ~ 500KHz）感应加热装置上进行，采用特殊形状的感应加热线圈和石英玻璃加热室。
用点焊方法将 1mm 厚的 1Cr18Ni9Ti 不锈钢叶冠预先固定在 5 片叶片的顶端，再在叶冠内侧的叶片顶端钩挂钎料丝，然后将涡轮盘的 3 ~ 4 片叶片放入特制的感应加热器中，靠感应发出的电磁能使叶片端部和叶冠加热钎料因收到热传导和热辐射的作用熔化、漫流，靠毛细作用充填钎缝间隙，冷却后叶片与叶冠被牢固地连接在一起整个钎焊过程在流动氩气保护下进行可对钎缝形成过程进行目视监测钎焊一个涡轮盘（即转一圈）约需 40min自 1982 年以来，共钎焊了三百多个涡轮盘产品、三万余条焊缝，没有发现基体金属溶蚀、未钎透、钎料堆积等现象，已通过几十次运载火箭飞行试验考验真空钎焊的铝合金叶轮，基体材料为 6A02 铝合金，钎料为 φ 3mm 的 Al-11.7Si-1Mg丝材钎焊时真空度不低于 6.5×10-3Pa、钎焊温度为 590~600℃，保温时间 2~3min在真空室中加适量镁块、有助于改善钎缝质量3.四氧化二氮蒸发器的集合器液体火箭发动机的 N2O4 蒸发器的集合器是由 5 根蛇形管分别与节流管的接管嘴钎焊连接而成材料均为 1Cr18Ni9Ti 不锈钢，要求钎焊缝在 7.84MPa 液压下不渗漏。
由于连接处零件壁厚相差较大，结构复杂，采用氩弧焊连接不仅操作十分困难，而且接头抗疲劳性能差，焊缝处易出现渗漏现象采用氩气保护高频感应加热，可获得满意的钎焊接头集合起高频感应钎焊在 GP-30A 高频加热装置（功率 30Kw、频率 300~500KHz）上进行，氩气保护钎料为 BMn50NiCuCrCo（Mn-27Ni-13.5Cu-4.5Cr-4.5Co） ，熔化温度为1010~1035℃钎焊接头单边间隙为 0.11 ~ 0.13mm钎焊加热规范：屏压 7kV，屏流 2A，栅流 0.4A，钎焊时间约为 110s 左右钎焊前，所有零件连接处均镀镍处理钎缝光洁均匀，无未钎上和气孔等缺陷，液压试验通过 14.25MPa 压力4.铝与不锈钢钎焊组合件在液体火箭发动机系统，异种材料（如铝与不锈钢、钛与不锈钢）的钎焊连接是经常会遇到的美国 J-2 液体火箭发动机的 50.8mm 直径的 347 型不锈钢导管与 6061 铝合金阀门的钎焊连接就是典型的例子由于材料成分的差异，在钎缝中往往会产生金属间化合物，使钎缝变脆此外，两种材料的热胀系数不同，也加剧了接头渗漏和强度降低北美航空公司火箭达因分公司为此采用了阻挡层，即先在不锈钢上镀一层钛，为防止后道工序钛氧化，又在钛上镀一层铝硅合金，镀层厚度为 0.1mm 左右，钎料为 BAl88Si，熔化温度为577 ~ 582℃。
采用盐浴钎焊，钎焊温度为 582 ~ 604℃ 工件在浸入熔盐前，应预热到538~566℃，选用标准铝钎剂保护焊后应严格清洗，以避免残留的钎剂和熔盐腐蚀可先用 82 ~ 100℃ 的热水冲洗，随后把工件浸入体积分数为 0.5%的 HF 水溶液中约 5min，然后用热水和冷水反复多次冲洗接头抗剪强度可达 280MPa此钎焊接头已用于 J-2 液体火箭发动机的不锈钢导管与铝合金控制阀门等组合件连接长征三号运载火箭三子级输送液氢或液氧的导管材料为 6A02 铝合金和 1Cr18Ni9Ti 不锈钢，其钎焊连接接头须经受 21MPa 液压及高低温交变、振动、疲劳等载荷的联合作用，且无介质渗漏钎焊采用 BAl88Si 共晶钎料，熔化温度为 577℃使用特制的钎剂，其熔点约为 550℃为防止产生 Al-Fe 脆性相，对不锈钢表面镀锌，厚度为 20~30μm钎焊在井式电炉中进行，6A02 铝合金与 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接头室温抗剪强度达 247MPa，-253℃时接头抗剪强度不低于 157MPa.X 射线透视检查，钎缝钎透率大于 90%，在 32MPa 气压下试验不渗漏此接头已成功地用于长征三号运载火箭三子级的液氢、液氧导管接头。
5.燃料泵热气体总管美国金属制造集团电子束焊接/真空钎焊试验室研制的用于冲压式火箭推进系统的燃料泵热气体总管，其基体材料为 Ti-6Al-4V 钛合金和 Inconel600 镍基高温合金钎焊温度应在 Ti-6Al-4V 钛合金 α-β 相转变温度（ 899 ~ 1038℃）以下，钎焊接头还必须经受 650℃ 东莞市力华机械设备有限公司高温不产生破坏，并且与肼推进剂接触不良反应选用的钎料为 Ag-9Pd-9Ga，熔化温度低于 880℃Inconel600 合金管表面镀镍，装配前所有钛合金或 Inconel600 零件应用超声波清洗，去除表面污物采用真空感应加热，将壁厚为 0.154mm 的 Inconel 6。