【摘 要】
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压气机整流器是航空发动机的重要组成部件,其制造质量直接影响了发动机的工作性能与效率。目前,小型整流器多采用拼焊成型的方式加工,其真空钎焊所用膏状钎料由粘结剂与合金粉末按比例混合而成。混合后膏状钎料内存在的气泡会导致整流器在钎焊时于焊缝处形成气孔缺陷,降低了航空发动机的工作性能与寿命。然而,膏状钎料黏度大、流动性差且价格昂贵,常规除气方式难以达到需求。针对以上问题,本文提出利用行星式离心混合器(PC
【基金项目】
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国家重点研发计划“微流体芯片高速加工及表面功能化处理”课题资助完成,课题编号:2020YFB2009002;
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压气机整流器是航空发动机的重要组成部件,其制造质量直接影响了发动机的工作性能与效率。目前,小型整流器多采用拼焊成型的方式加工,其真空钎焊所用膏状钎料由粘结剂与合金粉末按比例混合而成。混合后膏状钎料内存在的气泡会导致整流器在钎焊时于焊缝处形成气孔缺陷,降低了航空发动机的工作性能与寿命。然而,膏状钎料黏度大、流动性差且价格昂贵,常规除气方式难以达到需求。针对以上问题,本文提出利用行星式离心混合器(PCM)的高剪切效应与真空负压作用破碎钎料气泡,同时通过其螺旋涡流场实现钎料的均匀混合,具体研究内容如下:(1)研究了PCM对钎料除气效果的影响因素。分析了钎料中气泡的存在形式,建立了PCM真空环境和行星运动对钎料除气过程影响的理论模型。采用CFD模拟研究了PCM工作参数对钎料除气效果的影响,进而分析了PCM对钎料除气效果的影响因素与除气机理。研究表明:影响PCM对钎料除气效果的主要因素有流场结构、真空度和黏性剪切应力。PCM主要通过剪切变稀、螺旋涡流、真空负压以及黏性剪切应力的综合作用破碎钎料气泡。最后,开展了PCM对粘结剂的除气实验验证了研究结果的正确性。(2)研究了PCM工作参数对钎料混合效果的影响规律,制定了钎料混合与除气的工艺参数。建立了PCM混合钎料的数值仿真模型,定义了混合指数以定量表征钎料的混合效果,通过颗粒混合实验验证了仿真模型的正确性。求解了PCM在不同工作参数下混合钎料时的流场结构、低速区域以及离散粒子分布,进而分析了PCM工作参数对钎料混合效果的影响规律。研究表明:自转转速一定时,随着公转转速的增加,PCM对钎料的混合效果呈现先增后降的趋势,且自转转速越大则其所对应的最佳公转转速越大。结合PCM对钎料除气效果的影响因素制定了钎料混合与除气的工艺参数为自转1000r/min、公转1800r/min、真空度96k Pa。最后,开展了PCM对钎料的除气实验并与传统除气方法相比较,验证了PCM在该工艺参数下可实现对钎料的高效除气与混合。(3)实现了钎料的原位涂覆,验证了使用PCM对钎料除气以抑制焊缝气孔的可行性。针对除气后的钎料因转移而混入气泡的问题,设计并搭建了一种钎料原位涂覆装置,通过涂料实验验证了该装置的实用性。开展了真空钎焊实验并使用X射线检测焊缝气孔,基于MATLAB编写了焊缝X射线图像气孔检测程序对焊缝气孔进行了测量与统计。结果表明:采用PCM对钎料进行混合与除气可使焊缝气孔平均直径同比降低约37.04%,气孔率同比降低约86.82%,可有效抑制高黏度钎料真空钎焊的焊缝气孔缺陷。
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