CN103481039B - 航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，包括以下步骤：S1：形成壁板和隔热板的毛坯件，在隔热板的毛坯件上制成肋；S2：将隔热板的毛坯件卷成圆筒状，将隔热板的毛坯件的两个相对侧壁上的两个肋对接在一起并焊接以形成为宽肋；S3：壁板的内表面喷涂有焊料，壁板的一侧边缘焊接在宽肋上，将壁板的毛坯件卷绕在隔热板的外表面上；S4：用接触滚动工装使隔热板的肋与壁板的内表面接触；S5：将装配好的隔热板、壁板放入真空炉中进行钎焊后再沿母线对壁板的开口处进行焊接；S6：校准隔热板和壁板的尺寸。根据本发明的生产方法，可防止缝槽减小甚至堵死，避免火焰筒因过热而烧蚀、甚至烧穿。

Description

航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法

技术领域

本发明涉及航空技术设备领域，尤其是涉及一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法。

背景技术

燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒通常使用涵道冷却式壁板结构。这种结构的冷却方式是，在燃烧室的火焰筒的热工作面（即隔热板）和外表面（即壁板）之间，通过隔热板上的肋向壁板导热，同时在肋间缝槽内通入冷却气体。其冷却效果与壁板厚度、缝槽截面尺寸和缝槽长度有关。

目前，火焰筒的常规加工方法是：壁板和隔热板均采用板材毛坯，在隔热板毛坯上制作肋，沿母线进行焊接并热校形；在隔热板肋的上表面镀镍，将焊料裁切成带状，再将其定位焊在隔热板肋上；分别将壁板和隔热板卷绕成圆筒形，最后将壁板和隔热板焊到一起。

这种方法的关键焊接工序位于筒体成型之后，而筒体成型的尺寸公差和形位公差并不容易控制，壁板和隔热板肋之间的间隙很可能不均匀，而焊料的量是一定的，间隙过大则可能导致焊接质量低甚至未焊上，间隙过小则可能导致焊料融化溢出、堵塞肋间空隙。这些缺陷可能导致火焰筒冷却效果变差，甚至严重烧蚀。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，该方法可提高冷却效果。

根据本发明的一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，包括如下步骤：S1：将板料裁剪成矩形以分别形成壁板和隔热板的毛坯件，用电化学和机械方法中的其中一种方法在所述隔热板的毛坯件上制成肋，且在所述隔热板的毛坯件的两个相对侧壁上分别设有一个肋；S2：将矩形的所述隔热板的毛坯件卷成圆筒状，将所述隔热板的毛坯件的两个相对侧壁上的所述两个肋对接在一起并沿母线焊接，以使得所述隔热板形成为一个圆筒，且所述两个肋形成为一个宽肋；S3：利用真空等离子喷涂法将焊料均匀喷涂在所述壁板的毛坯件的内表面上，然后利用焊接的方式将所述壁板的一侧边缘焊接在所述宽肋上，再将所述壁板的毛坯件卷绕在所述隔热板的外表面上；S4：用接触滚动工装使所述隔热板的肋与所述壁板的内表面接触，并沿圆周方向进行滚压至少三周以减小所述壁板整体直径；S5：将装配好的所述隔热板、所述壁板放入真空炉中进行钎焊，钎焊后再沿母线对所述壁板的开口处进行焊接；S6：校准所述隔热板和所述壁板的尺寸。

根据本发明的航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，通过将隔热板卷绕并焊接形成圆筒后，将壁板的内表面喷涂焊料，然后将其一边固定在隔热板上，另一边沿隔热板的圆周方向卷绕在隔热板上，再经过滚压、钎焊，使火焰筒外形尺寸固定，最后再对壁板的开口焊接。从而使火焰筒的尺寸公差和形位公差容易控制，同时改善隔热板的肋与壁板的焊接质量，防止缝槽减小甚至堵死，避免火焰筒因过热而烧蚀、甚至烧穿，进而提高火焰筒的工作可靠性。

另外，根据本发明的航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法还可具有如下附加技术特征：

根据本发明的实施例，步骤S3中利用所述等离子喷涂法所喷涂的焊料层的厚度范围为0.05～0.08mm。从而保证焊接强度，提高冷却效果。

进一步地，步骤S5中所述钎焊的工艺参数为：高温真空炉温度为1220～1230℃，压力为5×10^-3～1×10^-4毫米汞柱，钎焊时间为15分钟。从而提高火焰筒的抗腐蚀性，保证钎焊时隔热板、壁板和焊料加热均匀，焊接牢固，同时避免保温时间过长导致隔热板和壁板被熔蚀等缺陷。

具体地，所述步骤S3中，在将所述壁板的毛坯件卷绕在所述隔热板的外表面上时，所述壁板与所述肋之间的间隙小于等于1.5mm。从而保证壁板与肋之间的间隙均匀，使壁板的内表面所喷涂的焊料能够均匀地填充在上述间隙中。

可选地，所述步骤S3中采用点焊的方式将所述壁板的一侧边缘焊接在所述宽肋上。从而保证壁板的一侧边缘与宽肋的相对位置固定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法流程图；

图2是根据本发明实施例的壁板和隔热板的结构示意图。

附图标记：

壁板 1、隔热板 2、肋 3、缝槽 4、宽肋 5

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法。值得说明的是，火焰筒是航空燃气涡轮发动机燃烧室的主要构件，是燃烧的主要场所。壁板1和隔热板2是构成火焰筒的基本元件，壁板1外套在隔热板2上，即隔热板2是火焰筒的热工作面并直接承受燃烧时的高温高压，隔热板2的外表面通过壁板1向外散热。其中，火焰筒的工作原理等已为本领域的技术人员所熟知，这里就不详细描述。

根据本发明实施例的一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1，将板料裁剪成矩形以分别形成壁板1和隔热板2的毛坯件，用电化学和机械方法中的其中一种方法在隔热板2的毛坯件上制成肋3，且在隔热板2的毛坯件的两个相对侧壁上分别设有一个肋3。

具体地，壁板1的毛坯件的形状与隔热板2的毛坯件的形状一致，壁板1的毛坯件的尺寸略大于隔热板2的毛坯件的尺寸，以使壁板1能够完全外套在隔热板2上而构造成火焰筒。

为使火焰筒的外表面温度不致过高，隔热板2通过由步骤S1制成的肋3与壁板1连接，以将隔热板2的外表面上的热量向壁板1疏散。具体地，肋3为多条，多条肋3间隔布置。相邻的肋3之间形成缝槽4，从而火焰筒在使用时可通过在缝槽4中输入冷空气来加快冷却。

步骤S2，将矩形的隔热板2的毛坯件卷成圆筒状，将隔热板2的毛坯件的两个相对侧壁上的两个肋3对接在一起并沿母线焊接，以使得隔热板2形成为一个圆筒，且两个肋3形成为一个宽肋5。具体地，隔热板2的毛坯件的两个相对侧壁通过焊接形成的宽肋5连接，以使得隔热板2形成为一个圆筒。

步骤S3，利用真空等离子喷涂法将焊料均匀喷涂在壁板1的毛坯件的内表面上，然后利用焊接的方式将壁板1的一侧边缘焊接在宽肋5上，再将壁板1的毛坯件卷绕在隔热板2的外表面上。

具体地，在壁板1的毛坯件的内表面喷涂焊料后，将壁板1的毛坯件的一侧边缘焊接在宽肋5上，从而将壁板1的毛坯件的一侧固定，然后将壁板1的毛坯件沿隔热板2的外表面卷绕，并覆盖在隔热板2的外表面上。此时，壁板1形成圆筒状，且壁板1的内表面上喷涂的焊料粘连在隔热板2的外表面上。其中，真空等离子喷涂法已为现有技术，这里就不详细描述。

可选地，步骤S3中采用点焊的方式将壁板1的一侧边缘焊接在宽肋5上，从而使得加工工艺简单。

在本发明的一些示例中，在将壁板1的毛坯件卷绕在隔热板2的外表面上时，壁板1与肋3之间的间隙小于等于1.5mm。从而保证壁板1与肋3之间的间隙均匀，使壁板1的内表面所喷涂的焊料能够均匀地填充在上述间隙中。

步骤S4，用接触滚动工装使隔热板2的肋3与壁板1的内表面接触，并沿圆周方向进行滚压至少三周以减小壁板1整体直径。

在本发明的一些示例中，将隔热板2固定后，用滚轮沿壁板1的圆周方向滚压壁板1的外表面，使壁板1沿圆周方向舒展，并挤压壁板1与肋3之间的空隙，从而使壁板1的内表面平贴在肋3上，此时壁板1形成的圆筒的外直径可减小。

具体地，接触滚动工装使壁板1的内表面尽可能与所有的肋3接触，从而进一步保证壁板1的内表面与肋3之间的间隙均匀，使壁板1的内表面所喷涂的焊料能够均匀地填充在上述间隙中，避免间隙过大而导致焊接质量下降、甚至未焊上，或者间隙过小而导致焊液融化溢出、堵住缝槽4。

步骤S5，将装配好的隔热板2、壁板1放入真空炉中进行钎焊，钎焊后再沿母线对壁板1的开口处进行焊接。

具体地，将滚压后的隔热板2和壁板1放入真空炉后经过高温处理，壁板1的内表面上的焊料发生作用以连接隔热板2和壁板1。此时，壁板1已平贴在隔热板2的外表面的肋3上且不易变形或收缩，火焰筒基本成型且火焰筒的尺寸变化不大。之后再将壁板1的开口处与隔热板2进行焊接时，火焰筒的尺寸不易变化。

步骤S6，校准隔热板2和壁板1的尺寸，以保证火焰筒的尺寸精度。

根据本发明的实施例，通过将隔热板2卷绕并焊接形成圆筒后，将壁板1的内表面喷涂焊料，然后将其一边固定在隔热板2上，另一边沿隔热板2的圆周方向卷绕在隔热板2上，再经过滚压、钎焊，使火焰筒外形尺寸固定，最后再对壁板1的开口焊接。从而使火焰筒的尺寸公差和形位公差容易控制，同时改善隔热板2的肋3与壁板1的焊接质量，防止缝槽4减小甚至堵死，避免火焰筒因过热而烧蚀、甚至烧穿，进而提高火焰筒的工作可靠性。

在步骤S3喷涂焊料层时，如果喷涂的焊料过多，焊料在钎焊时易形成液滴，引起冷却通道堵塞，从而影响冷却效果，因此焊料层的最大厚度通常不超过0.08mm。而喷涂的焊料过少则可能导致焊接质量下降，甚至焊接不上，焊料层的厚度一般在0.05mm以上即可保证焊接强度，因此本发明在步骤S3中利用等离子喷涂法所喷涂的焊料层的厚度范围为0.05～0.08mm，从而保证焊接强度，提高冷却效果。

进一步地，步骤S5中钎焊的工艺参数为：高温真空炉温度为1220～1230℃，压力为5×10^-3～1×10^-4毫米汞柱，钎焊时间为15分钟。其中，在真空炉中进行钎焊可避免隔热板2和壁板1以及焊料的表面氧化，从而显著提高火焰筒的抗腐蚀性。

在钎焊工艺中，钎焊温度和保温时间是决定钎焊质量的关键参数，钎焊温度通常选为高于焊料的液相线温，钎焊的保温时间视工件大小及焊料与母材相互作用的剧烈程度而定。因此在步骤S5中，根据焊料的性质，高温真空炉的温度为1220～1230℃，钎焊时间为15分钟，从而保证钎焊时隔热板2、壁板1和焊料加热均匀，焊接牢固，同时避免保温时间过长导致隔热板2和壁板1被熔蚀等缺陷。

根据本发明的实施例，通过将隔热板2卷绕并焊接形成圆筒后，在壁板1的内表面喷涂厚度范围为0.05～0.08mm的焊料层以避免形成液滴、保证焊接强度，然后将壁板1卷绕在隔热板2上，经过接触滚动工装以保证壁板1与肋3的间隙均匀，接着将壁板1和隔热板2放入高温真空炉中进行钎焊，钎焊温度为1220～1230℃，压力为5×10^-3～1×10^-4毫米汞柱，钎焊时间为15分钟，从而提高火焰筒的抗腐蚀性及焊接的质量。钎焊后火焰筒基本成型，壁板1形成圆筒状，其外径尺寸基本确定。此时，沿母线对壁板1的开口外进行焊接，壁板1的外径尺寸变化不大，从而火焰筒的尺寸公差和形位公差容易控制，同时火焰筒的冷却效果也得到了提高，进而提高火焰筒的工作可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将板料裁剪成矩形以分别形成壁板和隔热板的毛坯件，用电化学和机械方法中的其中一种方法在所述隔热板的毛坯件上制成肋，且在所述隔热板的毛坯件的两个相对侧壁上分别设有一个肋；

S2：将矩形的所述隔热板的毛坯件卷成圆筒状，将所述隔热板的毛坯件的两个相对侧壁上的所述两个肋对接在一起并沿母线焊接，以使得所述隔热板形成为一个圆筒，且所述两个肋形成为一个宽肋；

S3：利用真空等离子喷涂法将焊料均匀喷涂在所述壁板的毛坯件的内表面上，然后利用焊接的方式将所述壁板的一侧边缘焊接在所述宽肋上，再将所述壁板的毛坯件卷绕在所述隔热板的外表面上；

S4：用接触滚动工装使所述隔热板的肋与所述壁板的内表面接触，并沿圆周方向进行滚压至少三周以减小所述壁板整体直径；

S5：将装配好的所述隔热板、所述壁板放入真空炉中进行钎焊，钎焊后再沿母线对所述壁板的开口处进行焊接；

S6：校准所述隔热板和所述壁板的尺寸。

2.根据权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，其特征在于，步骤S3中利用所述等离子喷涂法所喷涂的焊料层的厚度范围为0.05～0.08mm。

3.根据权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，其特征在于，步骤S5中所述钎焊的工艺参数为：高温真空炉温度为1220～1230℃，压力为5×10^-3～1×10^-4毫米汞柱，钎焊时间为15分钟。

4.根据权利要求1-3中任一项所述航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，其特征在于，所述步骤S3中，在将所述壁板的毛坯件卷绕在所述隔热板的外表面上时，所述壁板与所述肋之间的间隙小于等于1.5mm。

5.根据权利要求1-3中任一项所述航空燃气涡轮发动机燃烧室火焰筒的生产方法，其特征在于，所述步骤S3中采用点焊的方式将所述壁板的一侧边缘焊接在所述宽肋上。