CN106514149A - 一种整体式导向器的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种整体式导向器的加工方法，步骤为：加工准备：对前安装边、叶片以及后安装边进行预装配，叶片按顺序编号；电子束焊接；装配与固定：预置钎焊用料；真空钎焊：对组件焊接所用夹具上与零件接触的表面刷涂止焊剂；之后将组件按后安装边朝下的方向放置在夹具底盘上，并保证叶片内缘板底面与夹具底盘之间的间隙不大于0.10mm；然后将两个带有止口的圆环夹具分别放置在组件的内、外环上，组件装夹固定后随夹具一同放入真空炉进行钎焊并同时进行波纹管组件的去应力热处理；组合车加工。本发明彻底解决了整体式导向器加工过程中叶片内缘板部分钎焊缝出现开裂的问题，组件机械加工的应力小、尺寸精；制造成本减少，加工效率提高。

Description

一种整体式导向器的加工方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机制造技术，具体地说是一种整体式导向器的加工方法。
背景技术
整体式导向器为航空发动机重要部件，主要由前安装边、后安装边、叶片组件(18件)、波纹管、波纹管前环构成，零件材料为镍基高温合金，该导向器的加工制造主要通过焊接和机械加工完成。整体式导向器原加工工艺流程是：单件机加工、叶片缘板之间及叶片外缘板与前后安装边的钎焊、中间机加基准、氩弧焊波纹管和机加用的工艺件、去应力热处理、组合机加工；按此工艺对多台导向器进行加工过程中普遍存在的问题是，钎焊组件在后续的氩弧焊、热处理及机械加工过程中其叶片内缘板部分钎焊缝均有开裂产生，单台组件上产生开裂的内缘板钎焊缝分别有4～6处；内缘板部分钎焊缝开裂不仅焊接质量达不到设计要求，而且还会导致组件加工时的径向尺寸和形位公差无法达到设计图纸要求，从而严重影响产品正常交付。针对原工艺流程中叶片内缘板部分钎焊缝产生开裂问题，经过分析认为造成开裂有两方面原因：一是叶片内缘板之间需要连接的面积大，单靠外部预置钎料很难得到较高的钎着率，由此钎焊缝承载能力低，后续受焊接、热处理及机加应力作用极易开裂；二是内缘板钎焊缝本身强度较低，承载能力有限，在保证内缘板焊缝钎着率的情况下如果后续钎缝受过大的焊接、热处理及机加应力作用也会产生开裂。鉴于上述情况，为解决整体式导向器叶片内缘板钎焊缝开裂问题，需要对其加工工艺进行改进。
发明内容
针对现有技术中整体式导向器叶片内缘板钎焊缝易产生开裂的缺陷，本发明要解决的问题是提供一种可彻底解决钎焊缝开裂的整体式导向器的加工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种整体式导向器的加工方法，包括以下步骤：
加工准备：在装配夹具上对前安装边、叶片以及后安装边进行预装配，预装符合要求的组件应进行标记，同时对叶片按顺序编号；按工艺对前安装边、叶片、后安装边的待钎焊面表面工艺处理；
电子束焊接：用丙酮溶剂清洗前安装边、波纹管、波纹管前环及机加用工艺件，除去油脂和其它杂质；然后在夹具上对零件进行装配定位；最后用真空电子束焊将波纹管焊接在前安装边和波纹管前环上，将机加工艺件焊接在前安装边上；
装配与固定：在每个叶片的盆向下缘板表面固定1～2层厚度为0.03mm～0.05mm箔带状B-Ni73CrSiFeBAl钎料；箔带钎料按待焊面形状裁剪并用储能点焊固定；
将配套的波纹管组件、叶片组件以及后安装边在夹具上进行组合装配，叶片按编号相互配合，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm；同时保证叶片内缘板排气边侧面与夹具基准面的间隙不大于0.10mm及装配组件的尺寸；符合装配要求的组件采用储能点焊固定零件之间的相对位置；
预置钎焊用料：首先检查待焊处的配合间隙，根据间隙大小确定具体的预置钎焊用料方式；间隙不大于0.15mm处，直接沿需钎焊处外端涂敷宽度为2mm～3mm的膏状钎料；对预置钎焊用料后的组件进行烘干，烘干温度130℃～150℃，保温时间1h～2h。
真空钎焊：对组件焊接所用夹具上与零件接触的表面刷涂止焊剂；之后将组件按后安装边朝下的方向放置在夹具底盘上，并保证叶片内缘板底面与夹具底盘之间的间隙不大于0.10mm；然后将两个带有止口的圆环夹具分别放置在组件的内、外环上，组件装夹固定后随夹具一同放入真空炉进行钎焊并同时进行波纹管组件的去应力热处理；
组合车加工：按先加工叶片内缘板后加工安装边和波纹管前环的顺序对焊接组件进行车加工；车加工参数为，转速16r/min～20r/min，进给量≤0.2mm/r，切削深度0.5mm～1.0mm。
在加工准备步骤中，叶片缘板装配边之间的错牙量不大于0.15mm，叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm，或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm。
在装配与固定步骤中，点焊电压参数为80V～100V；点焊时，箔带钎料不允许相互重叠，不允许覆盖封严槽。
在预置钎焊用料步骤中，在局部间隙大于0.15mm处，先用箔带钎料或混合粉填充间隙，然后再沿需钎焊处外端涂敷宽度为2mm～3mm的膏状钎料；其中，膏状钎料为90％～94％的B-Ni73CrSiB-40Ni-S粉末钎料与10％～6％的粘结剂的混合物，箔带钎料为厚度0.03mm～0.05mm的B-Ni73CrSiFeBAl钎料，混合粉为70％～80％的粉末B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料与30％～20％的镍粉的混合物。
在真空钎焊步骤中，钎焊温度为1100℃～1120℃；钎焊保温时间为25min～35min；零件钎焊后冷却至100℃以下出炉；整个升温、保温及随炉冷却过程真空压力不大于4×10- 2Pa。
在组合车加工步骤中，车加工叶片内缘板时使用硬质合金可换刀片装夹车刀，车加工安装边和波纹管前环时使用球刀或偏刀。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明彻底解决了整体式导向器加工过程中叶片内缘板部分钎焊缝出现开裂的问题，加工质量达到设计图纸要求，与原加工方法相比，钎焊前进行波纹管组件焊接，消除了焊接和高温热处理这两个导致钎焊缝开裂的因素，加工流程更为合理；叶片缘板钎焊缝的钎着率提高、承载能力增强；组件机械加工的应力小、尺寸精；制造成本减少，加工效率提高。
2.应用本发明方法进行整体式导向器加工，质量稳定，可用于整体式导向器的批量生产，确保产品优质交付，能够为类似结构的加工提供借鉴，并推广应用于其研制和生产。
附图说明
图1为本发明的整体式导向器结构示意图；
图2为本发明的叶片盆向下缘板安置固定箔带钎料示意图；
图3为本发明的整体式导向器装配及焊接示意图。
其中，1为前安装边，2为波纹管前环，3为波纹管，4为叶片外缘板，5为后安装边，6为叶片组件(18件)，6a为叶片，7为叶片内缘板，8为叶片内缘板钎焊缝(18处)，1为叶片，9为下缘板，10为箔带钎料，11为封严槽，12为机加用工艺件，13为波纹管装配与电子束焊接(沿圆周)，14为叶片与安装边装配与钎焊(沿圆周)，15为叶片缘板装配与钎焊处(各18处)。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详述：
实施例1
(1)零件状态
整体式导向器由前安装边1、后安装边5、叶片组件(18件)6、波纹管3以及波纹管前环2构成，整体式导向器结构如图1所示。前安装边1、后安装边5及波纹管前环2的材料为GH3044高温合金,波纹管3材料为GH3030高温合金，叶片组件(18件)6的材料为K403高温合金。
(2)加工设备
加工用主要设备包括：真空电子束焊机、储能点焊机、真空钎焊炉以及大型车床。
(3)实施过程
步骤一：加工准备
在装配夹具上对前安装边1、叶片(18件)6、后安装边5进行预装配，通过选配叶片控制叶片缘板装配边之间的错牙量不大于0.15mm，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm；预装符合要求的组件应进行标记，同时对叶片按顺序编号。
按表面处理工艺对前安装边1、叶片(18件)6、后安装边5的待钎焊面镀镍，厚度为10μm。
步骤二：电子束焊接
焊接前，用丙酮溶剂清洗前安装边、波纹管、波纹管前环及机加用工艺件(材料GH3044合金)，除去油脂和其它杂质；然后在夹具上对零件进行装配定位；最后用真空电子束焊将波纹管焊接在前安装边和波纹管前环上，将机加工艺件焊接在前安装边上，焊接位置如图3所示。
步骤三：装配与固定
如图2所示，在每个叶片6a的盆向下缘板9表面固定一层厚度为0.04mm箔带状B-Ni73CrSiFeBAl钎料。箔带钎料10按待焊面形状裁剪并用储能点焊固定并去除点焊毛刺，点焊电压参数为90V；点焊时，箔带钎料10不允许相互重叠，不允许覆盖封严槽11。
按图3所示装配关系，将配套的波纹管组件(带机加用工艺件)、叶片组件(18件)6、后安装边在夹具上进行组合装配，叶片6a按编号相互配合，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边1、5之间的配合间隙不大于0.15mm，局部过大的配合间隙不大于0.30mm；同时保证叶片内缘板7排气边侧面与夹具基准面的间隙(不大于0.10mm)及装配组件的尺寸。符合装配要求的组件采用储能点焊(借助连接片)固定零件之间的相对位置。
步骤四：预置钎焊用料
检查待焊处的配合间隙，间隙不大于0.15mm处，直接沿需钎焊处(如图3所示)外端涂敷宽度为2mm的膏状钎料，膏状钎料成分及配比为；B-Ni73CrSiB-40Ni-S粉末钎料(占比例92％)，粘结剂(占比例8％)；局部间隙大于0.15mm处，先用厚度0.04mm的箔带钎料(B-Ni73CrSiFeBAl)填充间隙，箔带宽度为2mm～5mm不等，箔带层数为5层～7层不等，然后再沿需钎焊处(如图3所示)外端涂敷宽度为2mm的膏状B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料。预置钎焊用料后的组件需置于烘干箱内进行烘干，烘干温度130℃，保温时间1.5h。
步骤五：真空钎焊
对组件焊接所用夹具上与零件接触的表面刷涂止焊剂；之后将组件按后安装5朝下的方向放置在夹具底盘上，并保证叶片内缘板7底面与夹具底盘之间的间隙不大于0.10mm；然后将两个带有止口的圆环夹具分别放置在组件的内、外环上，组件装夹固定后随夹具一同放入真空炉进行钎焊并同时进行波纹管组件的去应力热处理。钎焊温度：1100℃；钎焊保温时间：25min；零件钎焊后冷却至100℃以下出炉；整个升温、保温及随炉冷却过程真空压力不大于4×10-2Pa。
步骤六：组合车加工
按先加工叶片内缘板7，后加工安装边和波纹管前环2的顺序对焊接组件进行车加工。车加工叶片内缘板7时使用硬质合金可换刀片装夹车刀，车加工安装边和波纹管前环2时使用专用车刀，如球刀或偏刀。车加工参数为：转速16r/min，进给量0.15mm/r，切削深度0.5mm。
(4)实施结果
导向器钎焊缝在整个加工过程中未出现开裂缺陷，同时无未焊上、气孔等缺陷。
经测试，焊接接头的力学性能达到技术指标规定。
电子束焊接的波纹管组件其前安装边和波纹管前环的直径符合工艺要求，两者之间的高度差在要求的尺寸范围内，导向器最终的加工尺寸及形位公差符合设计图纸要求。
实施例2
(1)零件状态
整体式导向器由前安装边1、后安装边5、叶片组件618件)、波纹管3波纹管前环2构成，整体式导向器结构如图1所示。前安装1、后安装边5及波纹管前环2的材料为GH4648高温合金,波纹管3材料为GH3030高温合金，叶片组件(18件)的材料为K403高温合金。
(2)加工设备
加工用主要设备包括：真空电子束焊机、储能点焊机、真空钎焊炉、大型车床。
(3)实施过程
步骤一：加工准备
在装配夹具上对前安装边1、叶片6a(18件)、后安装边5进行预装配，通过选配叶片控制叶片缘板装配边之间的错牙量不大于0.15mm，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm；预装符合要求的组件应进行标记，同时对叶片按顺序编号。
按表面处理工艺对前安装边、叶片(18件)、后安装边的待钎焊面镀镍，厚度为20μm。
步骤二：电子束焊接
用丙酮溶剂清洗前安装边、波纹管、波纹管前环及机加用工艺件(材料GH3044合金)，除去油脂和其它杂质；然后在夹具上对零件进行装配定位；最后用真空电子束焊将波纹管焊接在前安装边和波纹管前环上，将机加工艺件焊接在前安装边上，焊接位置如图3所示。
步骤三：装配与固定
按图2所示，在每个叶片的盆向下缘板表面固定二层厚度为0.03mm箔带状B-Ni73CrSiFeBAl钎料。箔带钎料按待焊面形状裁剪并用储能点焊固定并去除点焊毛刺，点焊电压参数为100V；点焊时，箔带钎料不允许相互重叠，不允许覆盖封严槽。
按图3所示装配关系，将配套的波纹管组件(带机加用工艺件)、叶片组件(18件)、后安装边在夹具上进行组合装配，叶片按编号相互配合，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm；同时保证叶片内缘板排气边侧面与夹具基准面的间隙(不大于0.10mm)及装配组件的尺寸。符合装配要求的组件采用储能点焊(借助连接片)固定零件之间的相对位置。
步骤四：预置钎焊用料
检查待焊处的配合间隙，间隙不大于0.15mm处，直接沿需钎焊处(如图3所示)外端涂敷宽度为3mm的膏状钎料，膏状钎料成分及配比为；B-Ni73CrSiB-40Ni-S粉末钎料(占比例92％)，粘结剂(占比例8％)；局部间隙大于0.15mm处，先用混合粉填充间隙，混合粉的成分及配比为：粉末B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料(占比例75％)，镍粉(占比例25％)。然后再沿需钎焊处(如图3所示)外端涂敷宽度为3mm的膏状B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料。预置钎焊用料后的组件需置于烘干箱内进行烘干，烘干温度150℃，保温时间1.5h。
步骤五：真空钎焊
对组件焊接所用夹具上与零件接触的表面刷涂止焊剂；之后将组件按后安装边朝下的方向放置在夹具底盘上，并保证叶片内缘板底面与夹具底盘之间的间隙不大于0.10mm；然后将两个带有止口的圆环夹具分别放置在组件的内、外环上，组件装夹固定后随夹具一同放入真空炉进行钎焊并同时进行波纹管组件的去应力热处理。钎焊温度：1120℃钎焊保温时间：35min；零件钎焊后冷却至100℃以下出炉；整个升温、保温及随炉冷却过程真空压力不大于4×10-2Pa。
步骤六：组合车加工
按先加工叶片内缘板后加工安装边和波纹管前环的顺序对焊接组件进行车加工。车加工叶片内缘板时使用硬质合金可换刀片装夹车刀，车加工安装边和波纹管前环时使用球刀或偏刀。车加工参数为：转速20r/min，进给量0.2mm/r，切削深度1.0mm。
(4)实施结果
导向器钎焊缝在整个加工过程中未出现开裂缺陷，同时无未焊上、气孔等缺陷。
经测试，焊接接头的力学性能达到技术指标规定。
电子束焊接的波纹管组件其前安装边和波纹管前环的直径符合工艺要求，两者之间的高度差在要求的尺寸范围内，导向器最终的加工尺寸及形位公差符合设计图纸要求。

Claims (6)

1.一种整体式导向器的加工方法，其特征在于包括以下步骤：
加工准备：在装配夹具上对前安装边、叶片以及后安装边进行预装配，预装符合要求的组件应进行标记，同时对叶片按顺序编号；按工艺对前安装边、叶片、后安装边的待钎焊面表面工艺处理；
电子束焊接：用丙酮溶剂清洗前安装边、波纹管、波纹管前环及机加用工艺件，除去油脂和其它杂质；然后在夹具上对零件进行装配定位；最后用真空电子束焊将波纹管焊接在前安装边和波纹管前环上，将机加工艺件焊接在前安装边上；
装配与固定：在每个叶片的盆向下缘板表面固定1～2层厚度为0.03mm～0.05mm箔带状B-Ni73CrSiFeBAl钎料；箔带钎料按待焊面形状裁剪并用储能点焊固定；
将配套的波纹管组件、叶片组件以及后安装边在夹具上进行组合装配，叶片按编号相互配合，控制叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm；同时保证叶片内缘板排气边侧面与夹具基准面的间隙不大于0.10mm及装配组件的尺寸；符合装配要求的组件采用储能点焊固定零件之间的相对位置；
预置钎焊用料：首先检查待焊处的配合间隙，根据间隙大小确定具体的预置钎焊用料方式；间隙不大于0.15mm处，直接沿需钎焊处外端涂敷宽度为2mm～3mm的膏状钎料；对预置钎焊用料后的组件进行烘干，烘干温度130℃～150℃，保温时间1h～2h。
真空钎焊：对组件焊接所用夹具上与零件接触的表面刷涂止焊剂；之后将组件按后安装边朝下的方向放置在夹具底盘上，并保证叶片内缘板底面与夹具底盘之间的间隙不大于0.10mm；然后将两个带有止口的圆环夹具分别放置在组件的内、外环上，组件装夹固定后随夹具一同放入真空炉进行钎焊并同时进行波纹管组件的去应力热处理；
组合车加工：按先加工叶片内缘板后加工安装边和波纹管前环的顺序对焊接组件进行车加工；车加工参数为，转速16r/min～20r/min，进给量≤0.2mm/r，切削深度0.5mm～1.0mm。
2.按权利要求1所述的整体式导向器的加工方法，其特征在于：在加工准备步骤中，叶片缘板装配边之间的错牙量不大于0.15mm，叶片缘板之间及叶片缘板与前、后安装边之间的配合间隙不大于0.15mm，或者局部过大的配合间隙不大于0.30mm。
3.按权利要求1所述的整体式导向器的加工方法，其特征在于：在装配与固定步骤中，点焊电压参数为80V～100V；点焊时，箔带钎料不允许相互重叠，不允许覆盖封严槽。
4.按权利要求1所述的整体式导向器的加工方法，其特征在于：在预置钎焊用料步骤中，在局部间隙大于0.15mm处，先用箔带钎料或混合粉填充间隙，然后再沿需钎焊处外端涂敷宽度为2mm～3mm的膏状钎料；其中，膏状钎料为90％～94％的B-Ni73CrSiB-40Ni-S粉末钎料与10％～6％的粘结剂的混合物，箔带钎料为厚度0.03mm～0.05mm的B-Ni73CrSiFeBAl钎料，混合粉为70％～80％的粉末B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料(占比例)与30％～20％的镍粉的混合物。
5.按权利要求1所述的整体式导向器的加工方法，其特征在于：在真空钎焊步骤中，钎焊温度为1100℃～1120℃；钎焊保温时间为25min～35min；零件钎焊后冷却至100℃以下出炉；整个升温、保温及随炉冷却过程真空压力不大于4×10-2Pa。
6.按权利要求1所述的整体式导向器的加工方法，其特征在于：在组合车加工步骤中，车加工叶片内缘板时使用硬质合金可换刀片装夹车刀，车加工安装边和波纹管前环时使用球刀或偏刀。
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