CN107598325A - 半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置及焊接方法，所述焊接装置主要由弓形架(3)、螺母(4)、支承块(5)、通气管(6)、带肩螺母(7)及T型螺栓(8)组成，采用上述装置，经装配零件，安装焊接装置，焊接和拆下焊接装置等步骤实现电嘴套(2)的焊接。本发明解决了火焰筒电嘴套焊接变形的加工难题，满足新型航空发动机研制的需要。

Description

半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种半封闭狭窄环形腔体薄壁零件外壁焊接电嘴套的焊接装置及使用方法。

背景技术

某型航空发动机环形火焰筒是一种半封闭狭窄环形腔体薄壁零件结构，参见图1。所需焊接的环形火焰筒是一个一端封闭的环形腔体薄壁筒体零件，它主要由环形火焰筒1、及电嘴套2组成。环形火焰筒1是一个一端封闭狭窄环形腔体薄壁筒体零件，它主要由头部1a、外环筒体1b、内环筒体1c、第一外环安装边1d和第二外环安装边1e组成，头部1a为一截面为C型的薄壁环形零件，外环筒体1b为一薄壁筒体，外环筒体1b的右侧为向中心收口的锥体，外环筒体1b的左侧与头部1a的外筒体壁通过焊接连接在一起，在外环筒体1b的筒体壁上有多处向内的翻边孔，在外环筒体1b的筒体壁上有一处径向电嘴套孔，内环筒体1c为一薄壁筒体，内环筒体1c的右侧为向中心扩口的锥体，内环筒体1b的左侧与头部1a的内筒体壁通过焊接连接在一起，在内环筒体1c的筒体壁上有多处向外的翻边孔，外环安装边1d和外环安装边1e分别焊接在外环筒体1b和内环筒体1c的右侧，头部1a和外环筒体1b、内环筒体1c形成一个半封闭狭窄环形的腔体；电嘴套2为一带肩衬套，衬套中心孔为台阶孔，电嘴套2插入环形火焰筒1外环筒体1b的筒体壁上的电嘴套孔内，电嘴套2肩部的下端面与环形火焰筒1外环筒体1b的筒体外壁贴合，电嘴套2下端面与环形火焰筒1外环筒体1b的筒体内壁型面齐平。电嘴套2通过焊接的方式固定在环形火焰筒1外环筒体1b的筒体外筒体面上。某型航空发动机环形火焰筒是航空发动机加力燃烧室的主要燃烧部件，环形火焰筒与电嘴套焊接采用氩弧焊，由于环形火焰筒为薄壁零件，电嘴套焊接时由于焊接应力作用会出现电嘴套下陷变形现象，为保证焊接质量，工艺上采用焊接夹具对焊接面支承，定位和固定，并对焊接部位通氩气保护进行焊接，但环形火焰筒为一端封闭的环形腔体，操作空间狭窄，不易操作。本发明提出一种环形火焰筒电嘴套焊接装置及焊接方法。目前，未检索到国内外关于该类环形火焰筒电嘴套焊接装置的公开文献。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置及焊接方法，以解决火焰筒电嘴套焊接变形的加工难题，满足新型航空发动机研制的需要。

本发明的技术方案如下：

半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，包括弓形架、螺母、支承块、通气管、带肩螺母及T型螺栓；

所述弓形架为一个截面为n字形的矩形体，在矩形体的上表面中间部位有一圆台，圆台中心有一个中心孔，弓形架的两个支脚下表面与环形火焰筒的外环筒体外圆柱面贴合(n字形截面设计是为了不损伤零件，为此，弓形架支脚通常会设计与筒体接触贴合面积大的形状，考虑焊枪操作方便，支架部分会窄一些，通常采用碳钢材料加工)；

所述支承块为一圆柱体，圆柱体与电嘴套同心，且位于环形火焰筒的环形内腔体内，支承块的圆柱体上表面与环形火焰筒的外环筒体的内圆柱面及电嘴套下表面贴合，在支承块的圆柱体上表面有一个与圆柱体同心的环槽，在环槽上有一贯通的通气管孔，在支承块的圆柱上表面有一贯穿的腰形槽；

所述T型螺栓的头部能自由通过支承块上的腰形槽，T型螺栓的螺杆穿过支承块上的腰形槽和弓形架中心孔；

所述通气管为一个L型管，L型管的一段插入支承块的通气管孔中，L型管的另一端为通气接嘴，且支承块与通气管可自由通过环形火焰筒的环形内腔体；

所述螺母拧在T型螺栓的螺杆上，位于支承块上的腰形槽和弓形架中心孔之间，且螺母位于电嘴套台阶孔内，其高度高于电嘴套台阶孔高度；

所述带肩螺母压紧于弓形架上端面。

进一步，所述支承块材质为导热性能好且焊接时不易与零件产生粘接的材料。

所述支撑块材质为H62黄铜。

进一步，所述通气管与通气管孔焊接固定。

一种采用前述焊接装置的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接方法，包括以下步骤：

第一步，装配零件：将电嘴套插入环形火焰筒外环筒体的筒体壁上的电嘴套孔内，保证电嘴套和环形火焰筒装配的对接间隙不大于S，S<0.5mm；

第二步，安装焊接装置：通过通气管将支承块放入环形火焰筒环形内腔的电嘴套下方，T型螺栓的T型头穿过支承块的腰形槽并旋转α角，20°＜α＜150°，将螺母拧入电嘴套台阶孔内，不用压紧，将弓形架穿过T型螺栓，弓形架的两支脚下表面支承在环形火焰筒的外环表面上，拧紧带肩螺母压紧弓形架，此时，支承块在带肩螺母拧紧力的作用下向上运动，使焊接部位高出环形火焰筒外筒体圆柱面t，0mm＜t＜15mm，旋转螺母压紧电嘴套；

第三步，焊接：将通气管的通气嘴接入氩气，通入氩气，调节氩气流量和电流强度，氩弧焊电嘴套于环形火焰筒外环筒体上，先定位焊n点后再沿周焊接，n＞2；

第四步，拆下焊接装置：分别松开带肩螺母和螺母，转动T型螺栓，使T型螺栓的T型头部与支承块上的腰形槽长度方向平行，上提T型螺栓使T型螺栓及弓形架与支承块及通气管分离，分别取出T型螺栓、弓形架、支承块及通气管。

上述焊接过程中，环槽深(度)不大于t，焊缝位于环槽中部且环槽宽度应大于焊缝宽度(即焊缝在环槽上表面的投影落在环槽中部，焊缝宽度在环槽上表面的投影宽度小于环槽宽度，这里的环槽宽度是指外环与内环半径差值)。

本发明中，用于环形火焰筒电嘴套焊接装置主要由弓形架、螺母、支承块、通气管、带肩螺母及T型螺栓组成。弓形架为一个截面为n字形的矩形体，在矩形体的上表面中间部位有一圆台，圆台中心有一个中心孔，弓形架的两个支脚下表面与环形火焰筒的外环筒体外圆柱面贴合；支承块为一圆柱体，选用导热性能好且焊接时不易与零件产生粘接的材料，圆柱体与电嘴套同心，且位于环形火焰筒的环形内腔体内，支承块的圆柱体上表面与环形火焰筒的外环筒体的内圆柱面及电嘴套下表面贴合，在支承块的圆柱体上表面有一个与圆柱体同心的环槽，环槽深不大于t，焊缝位于环槽中部且环槽宽度应大于焊缝宽度，在环槽上有一贯通的通气管孔，在圆柱上表面有一贯穿的腰形槽，T型螺栓的头部应能自由通过支承块上的腰形槽；通气管为一个L型管，L型管的一段插入支承块的通气管孔中，用焊接的方法与支承块固定，L型管的另一端为通气接嘴；支承块与通气管可自由通过环形火焰筒的环形内腔体；T型螺栓的螺杆穿过支承块上的腰形槽和弓形架中心孔，螺母拧在T型螺栓的螺杆上，位于支承块上的腰形槽和弓形架中心孔的中间，螺母位于电嘴套台阶孔内，且高度高于电嘴套台阶孔高度；拧入带肩螺母，压紧弓形架上端面。

航空发动机环形火焰筒电嘴套焊接主要是通过焊接装置用氩弧焊的方式实现的，与现有技术比较，本发明的优势主要体现在：

本发明提出了一种半封闭薄壁环形腔体零件外壁焊接电嘴套焊接装置及焊接方法，通过该装置使电嘴套与半封闭薄壁环形腔体零件外壁焊接处产生预变形，解决狭窄空间焊接时支承固定零件及通气保护的功能，有效解决了该类封闭薄壁环形腔体零件外壁焊接电嘴套时变形的加工难题，满足新型航空发动机研制的需要。

附图说明

图1是某新型航空发动机环形火焰筒的结构示意图；

图2是本发明焊接装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，所需焊接的环形火焰筒是一个一端封闭的环形腔体薄壁筒体零件，主要由环形火焰筒1、及电嘴套2组成。环形火焰筒1是一个一端封闭狭窄环形腔体薄壁筒体零件，它主要由头部1a、外环筒体1b、内环筒体1c、外环安装边1d和外环安装边1e组成，头部1a为一截面为C型的薄壁环形零件，外环筒体1b和内环筒体1c分别为薄壁筒体零件，其左端分别焊接在头部1a的C型环上下两端，头部1a和外环筒体1b、内环筒体1c形成一个半封闭狭窄环形的腔体，在外环筒体1b的筒体壁上有一处径向电嘴套孔；电嘴套2为一带肩衬套，衬套中心孔为台阶孔，电嘴套2插入环形火焰筒1外环筒体1b的筒体壁上的电嘴套孔内，电嘴套2肩部的下端面与环形火焰筒1外环筒体1b的筒体外壁贴合，电嘴套2下端面与环形火焰筒1外环筒体1b的筒体内壁型面齐平。电嘴套2通过焊接的方式固定在环形火焰筒1外环筒体1b的筒体外筒体面上。

用于航空发动机环形火焰筒电嘴套焊接装置，参见图2，主要由弓形架3、螺母4、支承块5、通气管6、带肩螺母7及T型螺栓8组成。

所需焊接的航空发动机环形火焰筒是一个一端封闭的狭窄环形腔体薄壁筒体零件。半封闭狭窄环形腔体薄壁零件外壁焊接电嘴套用装置主要是由弓形架3、螺母4、支承块5、通气管6、带肩螺母7及T型螺栓8组成。

弓形架3为一个截面为n字形的矩形体，在矩形体的上表面中间部位有一圆台，圆台中心有一个中心孔，弓形架3的两个支脚3a下表面与环形火焰筒1的外环筒体1b外圆柱面贴合；支承块5为一圆柱体，选用导热性能好的H62(黄铜)材料，圆柱体与电嘴套2同心，且位于环形火焰筒1的环形内腔体内，支承块5的圆柱体上表面与环形火焰筒1的外环筒体1b的内圆柱面及电嘴套2下表面贴合，在支承块5的圆柱体上表面有一个与圆柱体同心的环槽，环槽深不大于2mm，焊缝位于环槽中部且宽度应大于焊缝宽度，在环槽上有一贯通的通气管孔，在圆柱上表面有一贯穿的腰形槽，T型螺栓8的头部应能自由通过支承块5上的腰形槽；通气管6为一个L型管，L型管的一段插入支承块5的通气管孔中，用焊接的方法与支承块5固定，L型管的另一端为通气接嘴6a；支承块5与通气管6可自由通过环形火焰筒1的环形内腔体；T型螺栓8的螺杆穿过支承块5上的腰形槽和弓形架3中心孔，螺母4拧在T型螺栓8的螺杆上，位于支承块5上的腰形槽和弓形架3中心孔的中间，螺母4位于电嘴套2台阶孔内，且高度高于电嘴套2台阶孔高度；拧入带肩螺母7，压紧弓形架3上端面。

配合上述装置的焊接步骤如下：

第一步、装配零件：将电嘴套2插入环形火焰筒1外环筒体1b的筒体壁上的电嘴套孔内，保证电嘴套2和环形火焰筒装配的对接间隙不大于0.5mm；

第二步、安装焊接装置：通过通气管6将支承块5放入环形火焰筒1环形内腔的电嘴套2下方，T型螺栓8的T型头穿过支承块5的腰形槽并旋转约90°，将螺母4拧入电嘴套2台阶孔内，不用压紧，将弓形架3穿过T型螺栓8，弓形架3的两支脚3a下表面支承在环形火焰筒1的外环表面上，拧紧带肩螺母7压紧弓形架3，此时，支承块5在螺母7拧紧力的作用下向上运动，使焊接部位高出环形火焰筒外筒体圆柱面2mm，旋转螺母4压紧电嘴套2；

第三步、焊接：将通气管6的通气嘴6a接入氩气，通入氩气流量5L/min～10L/min，调节电流强度20A～80A，氩弧焊电嘴套2于环形火焰筒1外环筒体1b上，先定位焊4点后再沿周焊接；

第四步、拆下焊接装置：分别松开带肩螺母7和螺母4，转动T型螺栓8，使T型螺栓8的T型头部与支承块5上的腰形槽长度方形平行，上提T型螺栓8使T型螺栓8及弓形架3与支承块5及通气管6分离，分别取出T型螺栓8、弓形架3、支承块5及通气管6。

Claims (6)

1.半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，其特征在于：包括弓形架(3)、螺母(4)、支承块(5)、通气管(6)、带肩螺母(7)及T型螺栓(8)；

所述弓形架(3)为一个截面为n字形的矩形体，在矩形体的上表面中间部位有一圆台，圆台中心有一个中心孔，弓形架(3)的两个支脚(3a)下表面与环形火焰筒(1)的外环筒体(1b)外圆柱面贴合；

所述支承块(5)为一圆柱体，圆柱体与电嘴套(2)同心，且位于环形火焰筒(1)的环形内腔体内，支承块(5)的圆柱体上表面与环形火焰筒(1)的外环筒体(1b)的内圆柱面及电嘴套(2)下表面贴合，在支承块(5)的圆柱体上表面有一个与圆柱体同心的环槽，在环槽上有一贯通的通气管孔，在支承块(5)的圆柱上表面有一贯穿的腰形槽；

所述T型螺栓(8)的头部能自由通过支承块(5)上的腰形槽，T型螺栓(8)的螺杆穿过支承块(5)上的腰形槽和弓形架(3)中心孔；

所述通气管(6)为一个L型管，L型管的一段插入支承块(5)的通气管孔中，L型管的另一端为通气接嘴，且支承块(5)与通气管(6)可自由通过环形火焰筒(1)的环形内腔体；

所述螺母(4)拧在T型螺栓(8)的螺杆上，位于支承块(5)上的腰形槽和弓形架(3)中心孔之间，且螺母(4)位于电嘴套(2)台阶孔内，其高度高于电嘴套(2)台阶孔高度；

所述带肩螺母(7)压紧于弓形架(3)上端面。

2.根据权利要求1所述的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，其特征在于：所述支承块(5)材质为导热性能好且焊接时不易与零件产生粘接的材料。

3.根据权利要求2所述的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，其特征在于：所述支承块(5)材质为H62黄铜。

4.根据权利要求1所述的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，其特征在于：所述通气管(6)与通气管孔焊接固定。

5.一种采用权利要求1、2、3或4的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，装配零件：将电嘴套(2)插入环形火焰筒(1)外环筒体(1b)的筒体壁上的电嘴套孔内，保证电嘴套和环形火焰筒装配的对接间隙不大于S，S<0.5mm；

第二步，安装焊接装置：通过通气管(6)将支承块(5)放入环形火焰筒(1)环形内腔的电嘴套(2)下方，T型螺栓(8)的T型头穿过支承块(5)的腰形槽并旋转α角，20°＜α＜150°，将螺母(4)拧入电嘴套(2)台阶孔内，不用压紧，将弓形架(3)穿过T型螺栓(8)，弓形架(3)的两支脚(3a)下表面支承在环形火焰筒(1)的外环表面上，拧紧带肩螺母(7)压紧弓形架(3)，此时，支承块(5)在带肩螺母(7)拧紧力的作用下向上运动，使焊接部位高出环形火焰筒外筒体圆柱面t，0mm＜t＜15mm，旋转螺母(4)压紧电嘴套(2)；

第三步，焊接：将通气管(6)的通气嘴(6a)接入氩气，通入氩气，调节氩气流量和电流强度，氩弧焊电嘴套(2)于环形火焰筒(1)外环筒体(1b)上，先定位焊n点后再沿周焊接，n＞2；

第四步，拆下焊接装置：分别松开带肩螺母(7)和螺母(4)，转动T型螺栓(8)，使T型螺栓(8)的T型头部与支承块(5)上的腰形槽长度方向平行，上提T型螺栓(8)使T型螺栓(8)及弓形架(3)与支承块(5)及通气管(6)分离，分别取出T型螺栓(8)、弓形架(3)、支承块(5)及通气管(6)。

6.根据权利要求5所述的半封闭薄壁环形腔体零件外壁电嘴套焊接装置，其特征在于：所述环槽深不大于t，焊缝位于环槽中部且环槽宽度应大于焊缝宽度。