阅读说明：本技术 一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法 (Roughening method for surface to be bonded of alloy structural steel diffusion section shell ) 是由 陈军 王勇 张之翎 崔佳垠 陆韡 王学峰 朱立坚 李睿 强锦霖 赵亦东 钟茵 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法,根据GB/T7124-2008准备合金结构钢标准试样；用酒精对合金结构钢的标准试样待毛化面进行清洗、晾干；通过激光毛化设备,选择特定的毛化点面密度、脉冲能量、脉冲时间间隔、单脉冲能量数量、激光束中轴线与坑的法线间的夹角、激光束离焦量等参数对标准试样待毛化面进行定量的激光毛化平；对激光毛化后的标准试样用胶粘剂进行胶接,胶接完成后用压块工装进行固化24小时；按上述步骤在调整激光毛化参数后,重新进行标准试样的激光毛化、胶接、测试。该发明适用于中、小型固体火箭发动机扩散段壳体待粘接表面的毛化处理,有效提高扩散段壳体与粘接剂之间的结合强度。(The invention discloses a roughening method for a surface to be bonded of a diffusion section shell of alloy structural steel, which comprises the following steps of preparing a standard sample of the alloy structural steel according to GB/T7124-2008; cleaning and airing a surface to be roughened of a standard sample of the alloy structural steel by using alcohol; selecting parameters such as specific texturing point surface density, pulse energy, pulse time interval, single pulse energy quantity, an included angle between a central axis of a laser beam and a normal line of a pit, defocusing amount of the laser beam and the like to carry out quantitative laser texturing leveling on a surface to be textured of a standard sample through laser texturing equipment; adhering the standard sample subjected to laser texturing by using an adhesive, and curing for 24 hours by using a pressing block tool after the adhering is finished; and after the laser texturing parameters are adjusted according to the steps, the laser texturing, the gluing and the testing of the standard sample are carried out again. The method is suitable for texturing the surface to be bonded of the diffusion section shell of the medium and small solid rocket engines, and effectively improves the bonding strength between the diffusion section shell and the adhesive.)

一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法

技术领域

本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法，适用于中、小型固体火箭发动机扩散段壳体待粘接表面的毛化处理。

背景技术

固体火箭发动机中的扩散段组件由合金结构钢的扩散段壳体零件和非金属绝热层零件经胶接而成。胶接用粘结剂与非金属绝热层之间的结合强度要高于粘结剂与扩散段壳体之间的结合强度，即粘结剂与扩散段壳体之间的结合强度直接决定了扩散段组件的整体胶接强度。由于粘结剂与扩散段壳体之间以机械结合为主，结合强度相对较低。通过改变金属材料表面粗糙度、增大胶接面积，可有效提高扩散段壳体与粘结剂之间的结合强度，进而提高扩散段组件的整体胶接强度。

合金结构钢可以用于制作固体火箭发动机的扩散段壳体，30CrMnSiA是合金结构钢中典型的一种，其合金元素含量分别为：C：0.28～0.35，Si：0.9～1.20，Mn：0.8～1.10，Cr：0.8～1.10，Ni：≤0.04，P：≤0.02，S：≤0.02。

目前，我国在固体火箭发动机扩散段组件的生产制造过程中普遍采用喷砂毛化技术来改变金属壳体的表面粗糙度，增大胶接面积，从而提高扩散段组件的整体胶接强度。然而经过喷砂处理的扩散段壳体表面粗糙度不均匀，材料表面形貌和微观结构不能量化控制，导致扩散段组件胶接强度的可靠性和稳定性较差，进而使产品的质量可靠性无法得到有效保障。

因此，选用一种新的材料表面毛化技术来有效的量化控制扩散段壳体的表面形貌和微观结构就显得极为必要。

发明内容

为解决扩散段壳体待胶接表面喷砂毛化表面粗糙度不均匀，表面形貌不能量化控制的问题，并大幅度提高扩散段组件的整体胶接强度，本发明提出了一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法。

为解决现有技术的不足，本发明的一种合金结构钢扩散段壳体待胶接表面的毛化方法，其步骤如下：

步骤一、根据国家标准GB/T7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》准备30CrMnSiA合金结构钢标准试样；

步骤二、用酒精对30CrMnSiA合金结构钢的标准试样待毛化面进行清洗、晾干；

步骤三、通过激光毛化设备，选择特定的参数对标准试样待毛化面进行定量的激光毛化；

步骤四、对激光毛化后的标准试样进行胶接，胶接完成后静置固化；

步骤五、对胶接后的标准试样进行剪切拉伸试验，测试胶接后的标准试样的拉伸剪切强度；

步骤六、若标准试样的拉伸剪切强度不满足设计指标要求，则按上述步骤在调整激光毛化参数后，重新进行标准试样的激光毛化、胶接、测试，若标准试样的拉伸剪切强度满足设计指标要求，则选用相同的激光毛化参数对扩散段壳体待胶接面进行激光毛化。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

对30CrMnSiA合金结构钢材料，确定合适的激光毛化参数，定量控制待胶接表面的形貌和结构，量化控制和有效提高扩散段组件中扩散段壳体和非金属绝热层之间的胶接拉伸剪切强度。

附图说明

图1为本发明实施例的30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体待胶接表面毛化方法流程图；

图2为本发明实施例的30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体待胶接表面图例；

图3为本发明实施例的30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体激光毛化防护工装设计图。

具体实施方式

本发明为解决30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体喷砂毛化表面粗糙度不均匀，表面形貌和微观结构不能量化控制，从而导致扩散段组件胶接强度的可靠性和稳定性较差的问题，通过选用特定的激光毛化参数对扩散段壳体待胶接表面进行定量激光毛化，量化控制和有效提高扩散段组件中扩散段壳体和非金属绝热层之间的拉伸剪切强度。

以下结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。

在30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体上实施，该扩散段壳体直径为Φ165.5mm，长度为93.9mm，薄壁处的壁厚为2mm。设计要求扩散段组件胶接拉伸剪切强度≥14.7MPa。具体方法如下：

步骤一、准备30CrMnSiA合金结构钢标准试样6片；

步骤二、用酒精对6片标准试样待毛化面进行清洗、晾干；

步骤三、通过激光毛化设备，选择毛化点面密度(1/6272)(μm2)-1、单脉冲能量2.0mJ、单脉冲的作用时间间隔100μS、单脉冲能量数量3个、激光束倾斜角60°、激光束离焦量1.0μm等参数对6片标准试样待毛化面进行激光毛化；

步骤四、对激光毛化后的6片标准试样用E-7胶进行两两胶接，胶接完成后3组标准试样静置固化24小时；

步骤五、对胶接后的标准试样进行剪切拉伸试验，测试3对标准试样胶接后的拉伸剪切强度分别为27MPa、26MPa、27MPa；

步骤六、步骤五所测得的3组标准试样的拉伸剪切强度均满足≥14.7MPa设计指标要求，选用相同的激光毛化参数对附图2中的30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体待胶接面进行激光毛化，在激光毛化过程中用附图3的防护工装对30CrMnSiA合金结构钢扩散段壳体非毛化面进行保护。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。