推進劑的金屬膜盒貯箱的雙金屬過渡接頭及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種推進劑貯箱，具體涉及一種推進劑的金屬膜盒貯箱的雙金屬過渡接頭及其制作方法。
【背景技術】
[0002]推進劑貯箱是一種帶液體管理裝置的中低壓壓力容器，根據航天某型號要求，該型號推進劑貯箱需滿足推進劑長期貯存并具備空間在軌補加功能。為此研制了一種金屬膜盒貯箱，為滿足長期貯存要求(一般工作壽命不少于15年)，金屬膜盒貯箱采用全金屬焊接結構，由金屬膜盒將推進劑和擠壓氣體隔絕，并通過金屬膜盒的往復運動實現貯液的加注和排放，保證在各種重力環(huán)境下排放的推進劑不夾氣；采用與推進劑長期相容的不銹鋼、鈦合金材料，實現各種推進劑的預包裝；完全消除由外界沖擊引起的推進劑晃動；通過安裝位移傳感器精確測量貯箱內推進劑的剩余量，且能夠實現推進劑在軌反復補加，是當今空間站系統(tǒng)必須采用的貯箱種類。
[0003]當今只有俄羅斯、中國等少數幾個國家具備金屬膜盒貯箱的研制能力，前蘇聯(lián)的禮炮空間站、和平號空間站和目前正在軌飛行的國際空間站用于空間補加推進劑的貯箱均采用了俄羅斯研制的金屬膜盒貯箱，而中國未來的空間站上用于空間補加推進劑的貯箱將采用我國自行研制的金屬膜盒貯箱，其在軌工作壽命要求不少于20年，補加次數不少于40次。為滿足與推進劑的長期貯存，并實現貯箱的反復補加，貯箱中的金屬膜盒采用與推進劑I級相容且具有良好延伸性的不銹鋼材料制造，為降低貯箱的結構質量，貯箱殼體采用高強度，低密度的鈦合金TC4材料制造，而這兩種材料之間需要進行可靠連接。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明提供一種推進劑的金屬膜盒貯箱的雙金屬過渡接頭及其制作方法，實現了金屬膜盒的不銹鋼材料與貯箱殼體的鈦合金材料之間的密封焊接，解決了兩種材料之間可靠連接的問題。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
[0006]—種推進劑的金屬膜盒貯箱的雙金屬過渡接頭，包括不銹鋼段、過渡層和鈦合金段，所述不銹鋼段與金屬膜盒焊接，所述鈦合金段與貯箱殼體焊接，不銹鋼段采用不銹鋼棒材機械加工制成，過渡層采用鍍層技術，鍍覆在不銹鋼段表面，鈦合金段采用鈦合金粉末作為原料，采用熱等靜壓技術通過過渡層與不銹鋼段密封連接。
[0007]為增加不銹鋼段和鈦合金段界面間的接觸面積及提高雙金屬接頭的抗拉性能，所述不銹鋼段在與鈦合金段的接觸界面呈鎖扣結構，所述呈鎖扣結構的表面鍍覆過渡層，在鈦合金粉末通過過渡層與不銹鋼段連接時，鎖扣結構的突出部伸入鈦合金段內，凹進部被鈦合金段填充。
[0008]所述不銹鋼段材料為不銹鋼lCrl8Ni9Ti，鈦合金段材料為鈦合金TC4。
[0009]所述過渡層根據貯箱內所裝載推進劑的種類不同，選擇鎳、銅、釩或鎂作為過渡材料。
[0010]所述過渡層的鍍覆厚度為150 μπι?400 μm。
[0011]所述不銹鋼段與金屬膜盒之間、所述鈦合金段與貯箱殼體之間采用電子束焊焊接。
[0012]—種推進劑的金屬膜盒貯箱的雙金屬過渡接頭的制作方法，用于完成上述雙金屬過渡接頭，包括以下步驟:
[0013]步驟1:制造加工不銹鋼段；
[0014]步驟2:不銹鋼段鍍覆過渡材料，形成過渡層；
[0015]步驟3:制造加工雙金屬過渡接頭熱等靜壓包套工裝；
[0016]步驟4:在包套工裝內裝入不銹鋼段、過渡層和鈦合金粉末，并進行真空除氣；
[0017]步驟5:采用熱等靜壓技術成形出雙金屬過渡接頭；
[0018]步驟6:機械加工制成符合圖樣尺寸要求的雙金屬過渡接頭。
[0019]所述步驟4，將不銹鋼段、過渡層安裝于包套工裝內并進行定位，在空隙處加入鈦合金粉末，經過反復振動和裝粉，直到裝入指定量粉末，為保證雙金屬過渡接頭的致密性和避免氣孔缺陷，在進行熱等靜壓前，需對完成裝粉的包套工裝進行除氣處理。
[0020]所述除氣處理在高溫和真空環(huán)境下進行，溫度為250°C?350°C，真空度應優(yōu)于8X10 3Pa，處理時間為3h?5h，除氣處理后對包套進行真空封焊，確保包套內保持良好的真空狀態(tài)。
[0021]所述步驟5，所述熱等靜壓需在加熱的同時，在各個方向上對產品施加均勻的壓力，從而實現不銹鋼段(1)、過渡層(2)和鈦合金粉末三者的高強度擴散連接，熱等靜壓處理的主要參數為:溫度為900°C?1050°C，壓力為lOOMPa?120MPa，處理時間6h?8h。
[0022]本發(fā)明的推進劑貯箱雙金屬過渡接頭具有以下優(yōu)點:
[0023]1、采用過渡材料解決了不銹鋼和鈦合金材料結合問題，解決了不銹鋼和鈦合金線膨脹系數、導熱系數差異引起的變形不均的問題；
[0024]2、采用鎖扣結構，提高了不銹鋼和鈦合金界面的抗拉強度，其抗拉強度由220MPa，提尚至460MPa ；
[0025]3、雙金屬過渡接頭具有非常好的密封性能，過渡接頭的氦檢漏率不大于1 X 10 7Pa.m3/s ；
[0026]4、利用熱等靜壓技術解決了復雜結構的成形問題，該技術制造工藝性好、材料利用率高、生產成本低、周期短。
【附圖說明】
[0027]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0028]圖1為本發(fā)明雙金屬過渡接頭一實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0030]請參閱圖1，一種推進劑貯箱雙金屬過渡接頭，包括不銹鋼段1、過渡層2和鈦合金段3ο
[0031 ] 不銹鋼段1采用不銹鋼棒材機械加工制成，過渡層2采用鍍層技術，鍍覆在不銹鋼段1表面，鈦合金段3采用鈦合金粉末作為原料，通過熱等靜壓技術與不銹鋼段1、過渡層2連接，最終通過機械加工制成符合圖樣尺寸要求的雙金屬過渡接頭。
[0032]進一步地，不銹鋼段1材料為不銹鋼lCrl8Ni9Ti，過渡層2可根據貯箱內所裝載推進劑的種類不同，選擇鎳、銅、釩、鎂等作為過渡材料，鈦合金段3段材料為鈦合金TC4。
[0033]進一步地，雙金屬過渡接頭其不銹鋼段1的直徑D1為Φ 14mm，直徑D2為Φ23πιπι，所述過渡層2交界面的直徑D3為Φ36πιπι，所述鈦合金段3的直徑D4為Φ43πιπι，直徑D5為Φ80ι?πι。
[0034]進一步地，雙金屬過渡接頭總長度L4為55mm?65mm，不銹鋼段1和鈦合金段3與推進劑貯箱其他部件均采用電子束焊焊接連接。不銹鋼段1焊接處的厚度T3為3mm?
4.5mm,厚度T4為1.0mm?1.5mm。欽合金段3焊