CN104400210A - 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法 - Google Patents

一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104400210A
CN104400210A CN201410587770.0A CN201410587770A CN104400210A CN 104400210 A CN104400210 A CN 104400210A CN 201410587770 A CN201410587770 A CN 201410587770A CN 104400210 A CN104400210 A CN 104400210A
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine disk
welding
axle
disk part
main shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410587770.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104400210B (zh
Inventor
刘佳涛
祝文卉
帅焱林
曲伸
李晓光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd
Original Assignee
Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd filed Critical Shenyang Liming Aero Engine Group Co Ltd
Priority to CN201410587770.0A priority Critical patent/CN104400210B/zh
Publication of CN104400210A publication Critical patent/CN104400210A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104400210B publication Critical patent/CN104400210B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/129—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding specially adapted for particular articles or workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/24—Preliminary treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，属于航空发动机零部件制造技术领域。采用常规方式加工生产涡轮盘与轴构件，伴随着诸多不足之处，包括构件加工量大、材料利用率低、影响发动机的推重比性能及寿命、焊缝质量不稳定、焊接热影响区宽、焊缝的强度指标不达标等，本发明解决了现有加工技术存在的不足之处，能够保证构件的各项性能要求，具有构件加工量小、材料利用率高、不会影响发动机的推重比性能及寿命、焊缝质量稳定、焊缝的强度指标与构件本体相当的优点，完全满足航空发动机生产制造要求。

Description

一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法
技术领域
本发明属于航空发动机零部件制造技术领域，特别是涉及一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法。
背景技术
现阶段，航空发动机制造过程中，其涡轮盘与轴构件的加工方式只有以下几种：
①采用整体锻造及整体加工方法
由于构件的结构复杂，且中间盘径较大，两端盘径较小，由于涡轮盘与轴构件的材料型号均为GH4169，使整体锻造的性能很难保证该型材料直接时效状态的变形率要求，且构件的加工量较大，材料的利用率低下；
②采用螺栓等机械连接方法
如果利用螺栓对涡轮盘与轴构件进行连接，必须加工用于螺栓紧固连接的法兰，不可避免的增加了结构的复杂性和加工成本，同时还会增加构件的整体重量和应力集中，这对发动机的推重比性能和长寿命要求均有不利影响；
③采用普通的熔焊方法
由于焊接位置的厚度要在10mm以上，需要开坡口，同时进行多层焊接，其焊接效率低且焊缝质量不稳定，焊接热影响区宽，无法满足构件的性能要求；
④采用电子束焊接方法
由于电子束焊接的焊缝为铸造组织，其力学性能指标与构件本体相比要差，一般焊缝的强度指标较构件本体要下降10％。
通过上述加工方式制造的涡轮盘与轴构件，很难全面满足航空发动机生产制造要求，严重制约了航空发动机技术的发展。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，解决了现有加工技术存在的不足之处，能够保证构件的各项性能要求，满足航空发动机生产制造要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，包括如下步骤：
步骤一：在进行涡轮盘零件与轴零件焊接前，需要对焊缝处的待焊表面进行抛光处理，去除表面的氧化层，再利用丙酮除去待焊表面的油污；
步骤二：将涡轮盘零件装夹固定到焊机的尾座一侧，首先夹紧涡轮盘零件的主夹持面，保证涡轮盘零件在焊接过程中不发生旋转，然后夹紧涡轮盘零件的辅助夹持面，控制涡轮盘零件的变形，保证焊接过程中焊接面的对中；
步骤三：将轴零件装夹固定到焊机的主轴一侧，首先夹紧轴零件的主夹持面，保证轴零件在焊接过程中不发生旋转，最后在主轴上配装飞轮；
步骤四：启动焊机，主轴开始旋转，并带动轴零件及飞轮高速旋转，当转速达到预定转速后，通过对涡轮盘零件的施加压力面施加轴向压力，使涡轮盘零件移动并靠近轴零件，直到涡轮盘零件与轴零件的焊接面相接触，轴零件的施加压力面也开始承受压力，直到焊接压力到达预定压力要求，然后撤去主轴的动力，仅依靠飞轮的转动惯性带动主轴继续旋转，在涡轮盘零件与轴零件接触的一瞬间便开始摩擦生热，而摩擦热会将焊缝附近的母材加热到塑性状态，在焊接压力下，焊缝处的金属会被挤出，同时摩擦过程会不断消耗主轴和飞轮的动能，进而使轴零件的转速逐渐下降，直到主轴和飞轮的动能为零后，轴零件也随之停转，此时不能立刻撤掉轴向焊接压力，使焊接压力维持30～60秒后，方可将轴向焊接压力撤销；
步骤五：撤销轴向焊接压力，涡轮盘零件与轴零件焊接为一体，并成为组合件，组合件的焊缝为锻造组织结构，将轴零件上的装夹松开，再将组合件退回到涡轮盘零件的初始位置，最后将组合件卸下，焊接工作全部完成。
所述涡轮盘零件与轴零件的焊接面均留有摩擦焊接余量。
本发明的有益效果：
本发明与整体锻造及整体加工方法相比，构件的加工量小，材料利用率高；本发明与螺栓等机械连接方法相比，不会对发动机的推重比性能和长寿命要求产生不利影响；本发明与普通熔焊方法相比，焊接效率高且焊缝质量稳定，能够完全满足构件的性能要求；本发明与电子束焊接方法相比，焊缝的强度指标与构件本体相当；完全满足航空发动机的生产制造需要。
附图说明
图1为涡轮盘与轴构件的结构示意图；
图中，1—涡轮盘零件，2—轴零件，3—焊缝，4—涡轮盘零件的施加压力面，5—涡轮盘零件的主夹持面，6—涡轮盘零件的辅助夹持面，7—轴零件的施加压力面，8—轴零件的主夹持面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例
涡轮盘与轴构件在焊前为分体零件，包括涡轮盘零件1和轴零件2，且涡轮盘零件1和轴零件2的材料型号均为GH4169，焊接设备为惯性摩擦焊机。
所述的一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，包括如下步骤：
步骤一：在进行涡轮盘零件1与轴零件1焊接前，需要对焊缝处的待焊表面进行抛光处理，去除表面的氧化层，再利用丙酮除去待焊表面的油污；
步骤二：将涡轮盘零件1装夹固定到焊机的尾座一侧，首先夹紧涡轮盘零件的主夹持面5，保证涡轮盘零件1在焊接过程中不发生旋转，然后夹紧涡轮盘零件的辅助夹持面6，控制涡轮盘零件1的变形，保证焊接过程中焊接面的对中；
步骤三：将轴零件2装夹固定到焊机的主轴一侧，首先夹紧轴零件的主夹持面8，保证轴零件2在焊接过程中不发生旋转，最后在主轴上安装飞轮，飞轮的转动惯量为2362kg·m2；
步骤四：启动焊机，主轴开始旋转，并带动轴零件2及飞轮高速旋转，当转速达到预定转速的260转/分钟后，通过对涡轮盘零件的施加压力面4施加轴向压力，使涡轮盘零件1移动并靠近轴零件2，直到涡轮盘零件1与轴零件2的焊接面相接触，轴零件的施加压力面7也开始承受压力，直到焊接压力到达预定压力要求的304MPa，然后撤去主轴的动力，紧依靠飞轮的转动惯性带动主轴继续旋转，在涡轮盘零件1与轴零件2接触的一瞬间便开始摩擦生热，而摩擦热会将焊缝附近的母材加热到塑性状态，在304MPa的焊接压力下，焊缝处的金属会被挤出，同时摩擦过程会不断消耗主轴和飞轮的动能，进而使轴零件2的转速逐渐下降，直到主轴和飞轮的动能为零后，轴零件2也随之停转，此时不能立刻撤掉轴向焊接压力，使焊接压力维持30～60秒后，方可将轴向焊接压力撤销；
步骤五：撤销轴向焊接压力，涡轮盘零件1与轴零件2焊接为一体，并成为组合件，组合件的焊缝为锻造组织结构，将轴零件2上的装夹松开，再将组合件退回到涡轮盘零件1的初始位置，最后将组合件卸下，焊接工作全部完成。
所述涡轮盘零件1与轴零件2的焊接面均留有18mm的摩擦焊接余量。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在进行涡轮盘零件与轴零件焊接前，需要对焊缝处的待焊表面进行抛光处理，去除表面的氧化层，再利用丙酮除去待焊表面的油污；
步骤二：将涡轮盘零件装夹固定到焊机的尾座一侧，首先夹紧涡轮盘零件的主夹持面，保证涡轮盘零件在焊接过程中不发生旋转，然后夹紧涡轮盘零件的辅助夹持面，控制涡轮盘零件的变形，保证焊接过程中焊接面的对中；
步骤三：将轴零件装夹固定到焊机的主轴一侧，首先夹紧轴零件的主夹持面，保证轴零件在焊接过程中不发生旋转，最后在主轴上配装飞轮；
步骤四：启动焊机，主轴开始旋转，并带动轴零件及飞轮高速旋转，当转速达到预定转速后，通过对涡轮盘零件的施加压力面施加轴向压力，使涡轮盘零件移动并靠近轴零件，直到涡轮盘零件与轴零件的焊接面相接触，轴零件的施加压力面也开始承受压力，直到焊接压力到达预定压力要求，然后撤去主轴的动力，仅依靠飞轮的转动惯性带动主轴继续旋转，在涡轮盘零件与轴零件接触的一瞬间便开始摩擦生热，而摩擦热会将焊缝附近的母材加热到塑性状态，在焊接压力下，焊缝处的金属会被挤出，同时摩擦过程会不断消耗主轴和飞轮的动能，进而使轴零件的转速逐渐下降，直到主轴和飞轮的动能为零后，轴零件也随之停转，此时不能立刻撤掉轴向焊接压力，使焊接压力维持30～60秒后，方可将轴向焊接压力撤销；
步骤五：撤销轴向焊接压力，涡轮盘零件与轴零件焊接为一体，并成为组合件，组合件的焊缝为锻造组织结构，将轴零件上的装夹松开，再将组合件退回到涡轮盘零件的初始位置，最后将组合件卸下，焊接工作全部完成。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法，其特征在于：所述涡轮盘零件与轴零件的焊接面均留有摩擦焊接余量。
CN201410587770.0A 2014-10-28 2014-10-28 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法 Expired - Fee Related CN104400210B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410587770.0A CN104400210B (zh) 2014-10-28 2014-10-28 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410587770.0A CN104400210B (zh) 2014-10-28 2014-10-28 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104400210A true CN104400210A (zh) 2015-03-11
CN104400210B CN104400210B (zh) 2016-07-20

Family

ID=52637909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410587770.0A Expired - Fee Related CN104400210B (zh) 2014-10-28 2014-10-28 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104400210B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106808081A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 首都航天机械公司 一种铝合金与不锈钢特种型面回转体构件的连接方法
CN108941881A (zh) * 2018-08-29 2018-12-07 上海锢维智能设备有限公司 一种高效轮毂焊接设备及方法
CN113510361A (zh) * 2021-08-16 2021-10-19 哈尔滨焊接研究院有限公司 航空发动机压气机盘组件惯性摩擦焊接装置及方法
CN113714621A (zh) * 2021-09-15 2021-11-30 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种航空发动机整体叶盘惯性摩擦焊接接头设计方法
WO2023020205A1 (zh) * 2021-08-16 2023-02-23 哈尔滨焊接研究院有限公司 航空发动机涡轮盘轴惯性摩擦焊接装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1114458A (en) * 1964-12-03 1968-05-22 Caterpillar Tractor Co Bonding metal parts employing rotational rubbing contact
CN101844271A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 西北工业大学 钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法
CN102481660A (zh) * 2009-06-23 2012-05-30 欧陆汽车有限责任公司 用于涡轮增压器的涡轮转子、涡轮增压器和用于制造涡轮转子的方法
DE102012214638A1 (de) * 2012-08-17 2014-02-20 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Verbinden einer Welle mit einem Rad
US8784065B2 (en) * 2011-05-24 2014-07-22 Caterpillar Inc. Friction welding of titanium aluminide turbine to titanium alloy shaft

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1114458A (en) * 1964-12-03 1968-05-22 Caterpillar Tractor Co Bonding metal parts employing rotational rubbing contact
CN102481660A (zh) * 2009-06-23 2012-05-30 欧陆汽车有限责任公司 用于涡轮增压器的涡轮转子、涡轮增压器和用于制造涡轮转子的方法
CN101844271A (zh) * 2010-05-20 2010-09-29 西北工业大学 钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法
US8784065B2 (en) * 2011-05-24 2014-07-22 Caterpillar Inc. Friction welding of titanium aluminide turbine to titanium alloy shaft
DE102012214638A1 (de) * 2012-08-17 2014-02-20 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Verbinden einer Welle mit einem Rad

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
白培康等: "《材料成型新技术》", 31 May 2007, 国防工业出版社 *
陈大军等: "K418涡轮盘与42CrMo轴异种材料惯性摩擦焊研究", 《焊接》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106808081A (zh) * 2015-11-30 2017-06-09 首都航天机械公司 一种铝合金与不锈钢特种型面回转体构件的连接方法
CN108941881A (zh) * 2018-08-29 2018-12-07 上海锢维智能设备有限公司 一种高效轮毂焊接设备及方法
CN113510361A (zh) * 2021-08-16 2021-10-19 哈尔滨焊接研究院有限公司 航空发动机压气机盘组件惯性摩擦焊接装置及方法
WO2023020169A1 (zh) * 2021-08-16 2023-02-23 哈尔滨焊接研究院有限公司 航空发动机压气机盘组件惯性摩擦焊接装置及方法
WO2023020205A1 (zh) * 2021-08-16 2023-02-23 哈尔滨焊接研究院有限公司 航空发动机涡轮盘轴惯性摩擦焊接装置及方法
CN113714621A (zh) * 2021-09-15 2021-11-30 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种航空发动机整体叶盘惯性摩擦焊接接头设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104400210B (zh) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104400210A (zh) 一种航空发动机涡轮盘与轴的惯性摩擦焊接方法
CN114012241B (zh) 一种带封闭腔体或封闭通道回转体构件的摩擦焊接法
WO2022179205A1 (zh) 超薄结构增材制造修复的方法
CN106521487B (zh) 一种服役中期钛合金压气机叶片的再制造方法
CN108326317B (zh) TiAl合金与Ti2AlNb粉末制备环形件的方法
NL2032715B1 (en) Aero-engine compressor disc assembly inertia friction welding device and method
CN103586577A (zh) 一种铝导杆与钢爪的摩擦焊接方法
CN108437497B (zh) 一种发动机反推格栅典型损伤修复工艺
CN109746813A (zh) 一种五轴联动激光磁流变复合抛光加工装置及其使用方法
CN211102162U (zh) 一种双机械臂激光-等离子复合铣削增减材制造设备
CN101092882A (zh) 真空电子束焊涡轮轴及其生产工艺
CN207858315U (zh) 一种用于法兰端面铣床的自动涨紧装置
CN107805809A (zh) 一种汽车模具表面涂膜修复工艺
CN102152074A (zh) 铝合金无缝对合加工方法
CN207746430U (zh) 一种用于便携式铣床的自动涨紧装置
CN108372361A (zh) 一种激光焊t型接头焊缝形状改善方法
CN112496685A (zh) 一种整体叶盘的制造方法
WO2023020205A1 (zh) 航空发动机涡轮盘轴惯性摩擦焊接装置及方法
CN110328492A (zh) 一种航空发动机涡轮后机匣支板长裂纹a-tig焊修复方法
CN215824521U (zh) 航空发动机涡轮盘轴惯性摩擦焊接装置
CN109570730A (zh) 一种塞补类零件的摩擦焊接方法
CN209551464U (zh) 一种小转轮焊接打磨工装
CN103273205A (zh) 一种电子束复合瞬时液相扩散连接gh4169高温合金的方法
CN104400452A (zh) 一种高温合金蜂窝零件铣加工夹持方法
CN111687407A (zh) 一种磷铜工件激光熔覆用铜粉及熔覆方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6

Patentee after: Chinese Hangfa Shenyang Liming Aero engine limited liability company

Address before: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6

Patentee before: Liming Aeroplane Engine (Group) Co., Ltd., Shenyang City

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160720

Termination date: 20201028