新工艺让远征系列上面级“血液循环”更顺畅 更可靠

发布时间 : 2017-07-07     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  随着航天器轻质化设计要求,钛、铝等轻质金属被广泛运用。但如何实现钛、铝与其他金属的可靠连接,一直是个难题。中国运载火箭技术研究院所属的航天材料及工艺研究所创新了一种新的工艺方法——热等静压扩散连接工艺,破解了这一难题,使远征系列上面级“血液循环”更加可靠。
  如果将发动机比作航天飞行器的心脏,那么增压输送系统就是飞行器的血液循环系统。输送系统的管路就像人体内的血管,遍布在火箭、卫星等航天飞行器各处,承担着输送航天飞行器“血液”——推进剂和氧化剂的工作。
  航天材料及工艺研究所一事业部工艺员赵丰介绍,为了提高运载能力,航天飞行器一方面提高发动机的动力,另一方面还要尽量降低飞行器的结构重量。在这种背景下,钛、铝等轻质金属被广泛应用。增压输送系统也不例外,钛和钛合金成为众多航天器特别是卫星和飞船增压输送系统的首选材料。
  在远征系列上面级增压输送系统中,除了钛金属管路之外,还有一些开关、活门、阀体等结构,因其功能需要必须使用其它特种金属材料制造。要把这两种不同的金属连接在一起很难。
  赵丰说:“增压输送系统工作压力通常是大气压的几十倍甚至上百倍,并且对整体密封性的要求极高,常规的机械连接根本无法满足这一要求;而采用焊接工艺方法,由于钛与其它金属物理化学特性相差巨大,焊接可靠性低。”
  针对这一难题,航天材料及工艺研究所的工艺人员在充分考虑了输送系统管路的工作环境要求后,创新性地采用了热等静压扩散连接工艺。
  该工艺利用中间层技术,使钛和其他金属材料处于一种互相接近又不贴合在一起的“若即若离”的状态,再施加以高温高压作用,利用元素的扩散实现钛和其它金属的可靠连接。
  采用该工艺生产出来的异种金属连接零件一体成形,无焊缝,极大地提升了系统高压工作时的密封可靠性,同时还能适应-200℃至500℃的温度变化,充分满足了航天输送系统的使用要求,保证了航天飞行器的万无一失。
  目前,异种金属连接零件已经应用于“太空摆渡车”远征系列上面级,保证了上面级“血液”的供应和整机的顺利工作,也成功护卫着“摆渡车”乘客的太空之旅。
  赵丰介绍,通过热等静压工艺实现的异种金属连接可以同时发挥不同金属的优点,使零件在材料选择与结构设计上可以兼顾轻量、高强的特性,提高零件的综合性能,是一项具有广阔前景的技术。

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