CN104439730A - 一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装 - Google Patents

Abstract

一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装，属于焊接工艺技术领域，涉及一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装。本发明解决了焊接加工过程中出现的焊缝成型质量差、焊缝背面余高、变形严重、尺寸误差大及叶身防护困难等问题。本发明的焊接加工方法，包括如下步骤：焊前准备；定位；装配挡板；电子束焊接；焊后检查；装配热处理工装；真空热定型。所述挡板由上、下板组成。所述焊接固定工装，包括底盘、轴、压盖、定位环、支撑环及若干个压板。所述热处理工装，包括底板、盖板及若干个压块。

Description

一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装

技术领域

本发明属于焊接工艺技术领域，涉及一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装。

背景技术

风扇机匣组件为航空发动机的重要承力部件，材料为TC4，风扇机匣组件的外环与叶片配合处采用真空电子束焊接，焊缝为对接接头形式，轮廓为类似平行四边形(四角为圆弧过度)的复杂曲线。

目前风扇机匣组件采用电子束焊接主要存在以下问题：零件尺寸难以控制、零件变形大、焊缝成型质量差以及叶片防护困难等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风扇机匣组件的焊接加工方法及采用工装，该焊接加工方法解决了焊接加工过程中出现的焊缝成型质量差、焊缝背面余高、变形严重、尺寸误差大及叶身防护困难等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风扇机匣组件的焊接加工方法，包括如下步骤：

步骤一：焊前准备

集齐风扇机匣组件的各个组成零件：外环、叶片及内环，此外环直径尺寸预留1.2mm，去除外环、叶片及内环上的氧化层；将外环和内环固定在焊接固定工装上，再将叶片逐个装配到内、外环上，形成风扇机匣组件；

步骤二：定位

采用氩弧焊从外环的外表面对外环与叶片的连接处进行定位焊，定位焊过程中不添加焊丝；

步骤三：装配挡板

在外环内侧的叶片叶身上安装挡板，且挡板将叶片和外环的焊接处覆盖；

步骤四：电子束焊接

将固定在焊接固定工装上的风扇机匣组件固定在电子束焊机的转具上，移入电子束焊机的真空室，采用表面焦点对每个叶片与外环的连接处进行电子束焊接，保证焊缝背面余高不大于0.3mm；

步骤五：焊后检查

将风扇机匣组件从焊接固定工装上拆卸下来，对每个叶片与外环的焊缝依次进行目视检查、X光检查、荧光检查；

步骤六：装配热处理工装

将风扇机匣组件固定在热处理工装上，在室温状态下，热处理工装与风扇机匣组件的外环内侧壁之间具有间隙；

步骤七：真空热定型

将风扇机匣组件和热处理工装放置在真空炉内进行热处理，加热温度为700～750℃，保温时间为1.5～2小时。

所述挡板由上、下板组成，在上、下板的两侧均设置有安装孔，上、下板通过安装孔相连接，上、下板之间具有空隙，且间隙的形状与叶片叶身截面形状相同，挡板的面积大于叶片和外环焊接处的面积。

所述挡板材料与外环、叶片采用的材料相同，均为TC4。

所述挡板为平行四边形机构。

所述焊接固定工装，包括底盘、轴、压盖、定位环、支撑环及若干个压板，若干个压板沿圆周固定在底盘上，在底盘上、位于压板的内侧固定有定位环，在底盘上、位于定位环的内侧固定有支撑环，在底盘上、位于支撑环的上方设置有压盖，在压盖的底部设置有下止口，下止口与内环的台阶相配合。

所述压板为倒L型，压板的顶部与底盘之间留有距离。

所述支撑环的横截面为L型，支撑环的底部通过轴和设置在轴上的第一螺帽固定在底盘上，所述压盖通过轴和设置在轴上的第二螺帽固定在底盘上。

所述热处理工装，包括底板、盖板及若干个压块，若干个压块沿圆周设置在底板上，在压块内侧的底板上设置有凸起，在底板的上方设置有盖板，在盖板的底部外边缘设置有外止口，外止口与外环的顶部相配合。

在底板凸起的内侧壁上设置有内止口。

所述压块为倒L型，压块的顶部与底板之间留有距离。

所述压块通过第一支柱和设置在第一支柱上的第一斜楔固定在底板上，第一斜楔穿过第一支柱、位于压块的上方。

所述压盖通过第二支柱和设置在第二支柱上的第二斜楔固定在底板上，第二斜楔穿过第二支柱、位于压盖的上方。

在所述底板的外侧壁上设置有若干个吊环。

本发明的有益效果：

1)本发明通过电子束焊接外环和叶片，焊接过程稳定可控，采用的电子束焊接参数提高了焊缝的成型质量，控制了焊缝背面余高；

2)本发明的焊接加工方法控制了焊接热量的输入，控制了焊接过程中组件的变形；

3)本发明的挡板能够有效吸收电子束焊剩余能量，对叶片叶身防护效果显著；

4)本发明采用的焊接固定工装满足风扇机匣组件氩弧焊定位及电子束焊接的要求，在焊接过程中满足了相应尺寸位置的支撑要求，对控制焊接变形有重要作用；

5)本发明的外环焊接预留变形量真实反映了焊接前后风扇机匣组件直径的变化，满足了最终尺寸的要求，对其它相似组件的加工、焊接提供了重要借鉴作用；

6)本发明的热处理工装对热处理过程中组件的校形有积极的作用，尤其保证了内、外环平面度、圆度及相对位置的要求。

附图说明

图1为风扇机匣组件的结构示意图；

图2为本发明的挡板的结构示意图；

图3为本发明的焊接固定工装与风扇机匣组件安装后的结构示意图；

图4为本发明的热处理工装与风扇机匣组件安装后的结构示意图；

图中，1--外环，101--止口，2—叶片，3--内环，31—台阶，4--上板，5--下板，6--底盘，7--轴，8—第一螺帽，9--压盖，91—下止口，10--压板，11--第二螺帽，12--定位环，13--支撑环，14--底板，141—内止口，142—凸起，15--压块，16—第一斜楔，17—第一支柱，18--盖板，181—外止口，19--吊环，20—第二斜楔，21—第二支柱，22--安装孔。

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。

如图1～4所示，一种风扇机匣组件的焊接加工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：焊前准备

集齐风扇机匣组件的各个组成零件：外环1、叶片2及内环3，此外环1直径尺寸预留1.2mm，为外环1焊接预留变形量；对外环1、叶片2及内环3进行酸洗，以便去除氧化层；将外环1和内环3固定在焊接固定工装上，再将叶片2逐个装配到内、外环上，形成风扇机匣组件；

将外环1和内环3固定在焊接固定工装上的过程：将内环3放置在支撑环13上，在内环3的台阶31上盖上压盖9，压盖9的下止口91与内环3的台阶31相配合、定位，同时内环3底端的外侧壁与支撑环13的内侧壁紧密接触；外环1安装在定位环12的外侧，外环1的内侧壁与定位环12的外侧壁紧密接触，在外环1底部的止口101上盖上压板10，并旋入压板10上部的螺母，从而使外环1固定、定位；

步骤二：定位

对固定好的风扇机匣组件进行定位焊：采用氩弧焊从外环1的外表面对外环1与叶片2的相连接处进行定位焊，不添加焊丝，超过0.2mm的焊点采用合金旋转锉打磨齐平；

步骤三：装配挡板

为了防止电子束流烧伤叶片2叶身，在焊接前安装挡板，安装挡板过程：先将挡板的上、下板分别放置在叶片2叶身的上、下方，使叶片2叶身固定在上、下板之间的空隙内，对正上、下板的安装孔22后，采用铁丝或铜丝将对正的安装孔22进行固定连接；

步骤四：电子束焊接

将固定在焊接固定工装上的风扇机匣组件固定在电子束焊机的转具上，移入电子束焊机的真空室，采用表面焦点对每个叶片2与外环1的连接处进行电子束焊接，焊接参数如表1所示，每个叶片2与外环1的焊接间隔为5分钟；保证焊缝背面余高不大于0.3mm；

表1

电子束焊机的参数：德国Pro-blem公司；型号：K110；最大电压：150kV；最大焊接电流：100mA；控制系统：西门子840D数控系统；

步骤五：焊后检查

将风扇机匣组件从焊接固定工装上拆卸下来，对每个叶片2与外环1的焊缝依次进行目视检查、X光检查、荧光检查；

步骤六：装配热处理工装

将风扇机匣组件固定在热处理工装上：将外环1和内环3放置在底板14上，内环3台阶31的下表面与底板14凸起142的上表面贴合，内环3的底部与底板14内止口141相配合、定位，外环1设置在底板14凸起142的外侧，在外环1止口101上放置压板15，通过第一斜楔16压紧压板15，使外环1固定，在外环1和内环3上盖上盖板18，外环1顶部与盖板18外止口181相配合，此时，在室温状态下，外环1顶部内侧壁与盖板18外止口181的内侧壁之间、外环1底部内侧壁与底板14凸起142的外侧壁之间留有间隙，通过第二斜楔20将盖板18压紧；由于热处理工装材料的线膨胀系数大于风扇机匣组件材料的线膨胀系数，达到热处理温度后，热处理工装的盖板18、底板14膨胀，对风扇机匣组件起到定型作用；

步骤七：真空热定型

将风扇机匣组件和热处理工装放置在真空炉(真空炉型号为GV4854-6Bar)内进行热处理，加热温度为700～750℃，保温时间为1.5～2小时。

所述挡板由上板4和下板5组成，在上、下板的两侧均设置有安装孔22，上、下板通过安装孔22相连接，上、下板之间具有空隙，且间隙的形状与叶片2叶身截面形状相同，挡板的面积大于叶片2和外环1焊接处的面积，以便起到防护的作用。

所述挡板材料与外环1、叶片2采用的材料相同，均为TC4。

为了防止相邻挡板互相干涉，挡板为平行四边形机构，

所述焊接固定工装，包括底盘6、轴7、压盖9、定位环12、支撑环13及六个压板10，六个压板10沿圆周均匀固定在底盘6上，在底盘6上、位于压板10的内侧固定有定位环12，压板10和定位环12用于固定外环1底部的止口101，在底盘6上、位于定位环12的内侧固定有支撑环13，在底盘6上、位于支撑环13的上方设置有压盖9，在压盖9的底部设置有下止口91，下止口91与内环3的台阶31相配合，所述支撑环13和压盖9用于固定内环3。

所述压板10为倒L型，压板10的顶部与底盘6之间留有距离，用于放置外环1底部的止口101。

所述支撑环13的横截面为L型，支撑环13的底部通过轴7和设置在轴7上的第一螺帽8固定在底盘6上，所述压盖9通过轴7和设置在轴7上的第二螺帽11固定在底盘6上。

所述热处理工装，包括底板14、盖板18及六个压块15，六个压块15沿圆周均匀设置在底板14上，在压块15内侧的底板14上设置有凸起142，凸起142和压块14用于固定外环1下部的止口101，在底板14的上方设置有盖板18，在盖板18的底部外边缘设置有外止口181，外止口181与外环1的顶部相配合，用于定位外环1。

所述热处理工装材料的线膨胀系数大于风扇机匣组件材料的线膨胀系数。

在底板14凸起142的内侧壁上设置有内止口141，内止口141与内环3的底部相配合。

所述压块15为倒L型，压块15的顶部与底板14之间留有距离，用于放置外环1下部的止口101。

所述压块15通过第一支柱17和设置在第一支柱17上的第一斜楔16固定在底板14上，第一斜楔16穿过第一支柱17、位于压块15的上方。

所述压盖18通过第二支柱21和设置在第二支柱21上的第二斜楔20固定在底板14上，第二斜楔20穿过第二支柱21、位于压盖18的上方。

在所述底板14的外侧壁上设置有若干个吊环19，用于移动热处理工装。

Claims (10)

1.一种风扇机匣组件的焊接加工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：焊前准备

集齐风扇机匣组件的各个组成零件：外环、叶片及内环，此外环直径尺寸预留1.2mm，去除外环、叶片及内环上的氧化层；将外环和内环固定在焊接固定工装上，再将叶片逐个装配到内、外环上，形成风扇机匣组件；

步骤二：定位

采用氩弧焊从外环的外表面对外环与叶片的连接处进行定位焊，定位焊过程中不添加焊丝；

步骤三：装配挡板

在外环内侧的叶片叶身上安装挡板，且挡板将叶片和外环的焊接处覆盖；

步骤四：电子束焊接

将固定在焊接固定工装上的风扇机匣组件固定在电子束焊机的转具上，移入电子束焊机的真空室，采用表面焦点对每个叶片与外环的连接处进行电子束焊接，保证焊缝背面余高不大于0.3mm；

步骤五：焊后检查

将风扇机匣组件从焊接固定工装上拆卸下来，对每个叶片与外环的焊缝依次进行目视检查、X光检查、荧光检查；

步骤六：装配热处理工装

将风扇机匣组件固定在热处理工装上，在室温状态下，热处理工装与风扇机匣组件的外环内侧壁之间具有间隙；

步骤七：真空热定型

将风扇机匣组件和热处理工装放置在真空炉内进行热处理，加热温度为700～750℃，保温时间为1.5～2小时。

2.根据权利要求1所述的风扇机匣组件的焊接加工方法，其特征在于所述挡板由上、下板组成，在上、下板的两侧均设置有安装孔，上、下板通过安装孔相连接，上、下板之间具有空隙，且间隙的形状与叶片叶身截面形状相同，挡板的面积大于叶片和外环焊接处的面积。

3.权利要求1所述的风扇机匣组件的焊接加工方法采用的焊接固定工装，其特征在于所述焊接固定工装包括底盘、轴、压盖、定位环、支撑环及若干个压板，若干个压板沿圆周固定在底盘上，在底盘上、位于压板的内侧固定有定位环，在底盘上、位于定位环的内侧固定有支撑环，在底盘上、位于支撑环的上方设置有压盖，在压盖的底部设置有下止口，下止口与内环的台阶相配合。

4.根据权利要求3所述的焊接固定工装，其特征在于所述压板为倒L型，压板的顶部与底盘之间留有距离。

5.根据权利要求3所述的焊接固定工装，其特征在于所述支撑环的横截面为L型，支撑环的底部通过轴和设置在轴上的第一螺帽固定在底盘上，所述压盖通过轴和设置在轴上的第二螺帽固定在底盘上。

6.权利要求1所述的风扇机匣组件的焊接加工方法采用的热处理工装，其特征在于所述热处理工装包括底板、盖板及若干个压块，若干个压块沿圆周设置在底板上，在压块内侧的底板上设置有凸起，在底板的上方设置有盖板，在盖板的底部外边缘设置有外止口，外止口与外环的顶部相配合。

7.根据权利要求6所述的热处理工装，其特征在于在底板凸起的内侧壁上设置有内止口。

8.根据权利要求6所述的风扇机匣组件的焊接加工方法采用的热处理工装，其特征在于所述压块为倒L型，压块的顶部与底板之间留有距离。

9.根据权利要求6所述的热处理工装，其特征在于所述压块通过第一支柱和设置在第一支柱上的第一斜楔固定在底板上，第一斜楔穿过第一支柱、位于压块的上方。

10.根据权利要求6所述的热处理工装，其特征在于所述压盖通过第二支柱和设置在第二支柱上的第二斜楔固定在底板上，第二斜楔穿过第二支柱、位于压盖的上方。