CN107671405B - 一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制工装及方法，在工作平台上表面安装尾座和卡盘，顶夹燃烧室壳体；所述的外挂件焊接定位夹具中导向块竖直固定在单臂三维测量划线机的悬臂一端，调整相对于燃烧室壳体的轴向、周向位置以及间距；导向块下端开定位槽，槽底部开定位孔；找正杆装在定位孔内，下端穿过定位座中心通孔；定位座装入定位槽，压缩找正杆外的弹簧；定位座沿燃烧室壳体周向的两端压紧燃烧室壳体，加工有定位槽；外挂件通过压紧螺钉装配在定位座两端定位槽内。本发明能够精确控制外挂件的周向和轴向位置尺寸。

Description

一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制工装及方法

技术领域

本发明属于超高强度钢材料压力容器制造技术范畴，主要应用于一种超高强钢(D406A)大长径比薄壁筒形燃烧室壳体外挂件焊接位置尺寸的精确控制。

背景技术

大多数长径比大、超高强度钢(D406A)材料薄壁燃烧室壳体外表面分布不同尺寸结构和数量的外挂件(带螺纹的支座或安装座)，均通过氩弧焊焊接在壳体外表面，实现产品的对接装配。由于燃烧室壳体外挂件结构尺寸较小，位置(轴向和周向)尺寸精度要求高不易保证；角焊缝成型不易控制，焊接难度大，成为燃烧室壳体加工的共性工艺技术难点。图1为某薄壁燃烧室壳体外挂件分布示意图。

目前燃烧室壳体外挂件用手工划线、氩弧焊方法定位焊接。定位焊时仅凭肉眼观察对线，存在较大误差。外挂件虽预留加工余量，保证外挂件结构尺寸及位置精度，但是必须有专用设备来加工。由于筒体壁厚薄，加工时损伤壳体表面风险大，容易造成燃烧室壳体整体报废，经济损失巨大。基于上述技术难点考虑，亟需设计一种高精度外挂件焊接定位夹具以及合理有效的定位焊接方法，不仅保证外挂件(结构尺寸加工到位)位置尺寸精度，同时改善产品质量。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种外挂件装夹机构、装配焊接定位夹具及工艺技术方法，达到精确控制外挂件周向和轴向位置尺寸目的，实现同类产品的技术推广与应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制工装，包括工作平台、单臂三维测量划线机和外挂件焊接定位夹具；所述的工作平台上表面安装有尾座和卡盘，以顶夹方式装夹燃烧室壳体；所述的外挂件焊接定位夹具安装在单臂三维测量划线机上，随单臂三维测量划线机调整相对于燃烧室壳体的轴向、周向位置以及间距；所述的外挂件焊接定位夹具包括导向块、定位座、找正杆和弹簧；导向块竖直固定在单臂三维测量划线机的悬臂一端，下端垂直于燃烧室壳体轴向向上开槽作为定位槽，槽底部开有盲孔作为定位孔；找正杆装在导向块定位孔内，通过导向块侧壁螺纹孔中的顶丝压紧；所述的定位座竖直装入导向块定位槽，压缩套在找正杆外的弹簧；找正杆下端穿过定位座中心通孔，圆柱销插入找正杆上径向的定位孔，固定定位座；定位座沿燃烧室壳体周向的两端压紧燃烧室壳体，加工有定位槽；外挂件通过压紧螺钉装配在定位座两端定位槽内。

本发明还提供一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制方法，包括以下步骤：

1)利用工作平台装夹燃烧室壳体；

2)外挂件焊接定位夹具找正杆对中燃烧室壳体外圆上基准线，找正杆下端同时处于燃烧室壳体表面最高点；

3)用外挂件焊接定位夹具装配外挂件，保证外挂件周向位置满足设计图样；

4)定位点焊外挂件，保证轴向位置尺寸满足工艺要求；

5)借助单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸；

6)定位点焊复检合格后，填丝加固焊接外挂件；

7)利用单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸。

本发明的有益效果是：通过设计外挂件焊接定位夹具，实现外挂件位置精确定位。通过用D406A超高强度钢燃烧室壳体热处理工艺方法，掌握外挂件轴向位置尺寸变化规律，调整外挂件轴向位置工艺要求尺寸，解决了燃烧室壳体外挂件轴向位置尺寸超差的技术难点。本发明实现了用D406A超高强度钢燃烧室壳体外挂件轴向位置精确控制，解决了外挂件位置尺寸偏差的技术难点。该技术已成功应用于同材料多种发动机燃烧室壳体外挂件焊接，产品质量可靠，成品率达到100％。

附图说明

图1是某薄壁燃烧室壳体外挂件结构分布示意图，其中(a)为燃烧室壳体外挂件轴向位置分布，(b)为外挂件结构及周向分布断面示意图；

图2是燃烧室壳体装夹示意图；

图3是外挂件焊接定位夹具结构及装配示意图；

图4是焊接定位夹具主要零件结构示意图，其中(a)为导向块的剖视和俯视图，(b)为找正杆，(c)为定位座与压紧螺钉(含装配的支座)，(d)为端盖的主视和剖视图，(e)为压缩弹簧与顶丝；

图中，1-尾座，2-单臂三维测量划线机，3-外挂件焊接定位夹具，4-卡盘，5-工作平台，6-定位螺钉，7-找正杆，8-压缩弹簧，9-圆柱销，10-定位座，11-压紧螺钉，12-端盖，13-螺钉，14-顶丝，15-导向块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

(1)外挂件装夹机构及装配焊接定位夹具

利用装夹机构将燃烧室壳体装夹找正，依据燃烧室壳体外挂件结构及分布的特点，设计一种外挂件焊接定位夹具，配合装夹机构使用，既保证外挂件轴向与周向位置精度要求，又满足外挂件装配定位焊要求。

外挂件定位焊接系统主要包括燃烧室壳体装夹机构、外挂件焊接定位夹具(装配在单臂三维测量划线机上一起使用)两部分。装夹机构主要包括一台单臂三维测量划线机(定位精度满足设计要求)，配有定位夹具的悬臂沿导轨实现X、Y、Z三轴方向独立移动，其中左右移动X轴可用于调整外挂件轴向位置，前后移动Y轴可用于调整分布在壳体的外挂件周向位置，上下移动Z轴用于调整外挂件底面到壳体表面的距离；一个Ⅱ级工作平台(配备尾座与三爪卡盘)，用顶夹方式装夹燃烧室壳体，按壳体基准线进行找正，壳体中心轴线与壳体侧母线平行度不大于0.10mm，单臂三维测量划线机悬臂沿X轴方向移动时与燃烧室壳体轴线平行度不大于0.10mm，为外挂件焊接位置精度的可靠性提供保证，燃烧室壳体装夹示意图见图2。

外挂件焊接定位夹具由端盖、导向块、定位座、找正杆、压缩弹簧、顶丝及用于连接与定位的各种螺钉组成。端盖端面上预留四个配作孔与一个圆柱销孔，以销孔定位方式，实现与单臂三维测量划线机悬臂头部(其头部端面上有四个M4螺纹孔)对接装配，通过四个沉头螺钉将端盖固定在悬臂头部对接面上，与悬臂沿X、Y、Z三轴方向同步移动。导向块竖直固定(导向块中心轴线垂直于平台表面)装在端盖的定位槽内，用固定螺栓压紧；找正杆装在导向块定位孔内，导向块上开一螺纹孔，用顶丝压紧；将压缩弹簧套装在找正杆上，定位座竖直装入导向块定位槽，利用压缩弹簧反作用力垂直向下推动定位座，找正杆尖端露出定位座，圆柱销插入找正杆上定位孔，固定定位座，保证与导向块装配基准面的平行度和垂直度要求。沿Z轴方向向下移动悬臂实现找正杆对中燃烧室壳体基准线要求。定位座两侧端头的两通孔中心间距尺寸保证两组外挂件周向位置尺寸要求，且定位座两端铣削加工的定位槽用于外挂件装配。将外挂件装配在定位座两端定位槽，压紧螺钉穿过两通孔实现与外挂件螺纹孔的连接，将外挂件紧固在定位座两侧装配槽内。

对正壳体基准线后，锁定悬臂Y轴，确保外挂件周向分布的位置尺寸要求。沿X轴方向移动设备悬臂保证外挂件轴向位置尺寸要求，每次到达外挂件轴向尺寸位置时，锁定悬臂X轴，Z轴向下移动悬臂保证外挂件底面紧贴壳体表面进行点焊。外挂件焊接定位夹具示意图及各零件图见图3、图4。

(2)外挂件焊接工艺

(2.1)焊接工艺流程

外挂件焊接主要工艺流程包括燃烧室壳体装夹→找正→外挂件装配→定位焊→检验→焊接→检验等工序。具体工作步骤如下：

1)利用外挂件焊接装夹机构装夹燃烧室壳体；

2)找正对中燃烧室壳体两端外圆上基准线，外挂件焊接夹具找正杆尖端同时处于燃烧室壳体表面最高点；

3)用外挂件焊接定位夹具装配外挂件，保证外挂件周向位置满足设计图样；

4)定位点焊外挂件，保证轴向位置尺寸满足工艺要求；

5)借助单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸；

6)定位点焊复检合格后，填丝加固焊接外挂件，保证角焊缝足够强度；

7)利用单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸。

(2.2)技术途径

1)用外挂件装夹机构保证燃烧室壳体装夹找正精度。设计外挂件焊接定位夹具，保证外挂件装夹牢固、定位精确。壳体装夹找正与外挂件焊接装配定位示意图见图1和图2。

2)依据燃烧室壳体外挂件热处理前、后轴向位置变化规律及变化量，焊前预留工艺补偿量，调整外挂件轴向位置尺寸。

依据D406A超高强度钢燃烧室壳体热处理工艺制度，掌握用D406A钢燃烧室壳体热处理变化量，分析分布在燃烧室壳体上各外挂件轴向位置尺寸线性变化规律，按照设计图样对各个外挂件轴向位置设计尺寸进行调整，焊前预留工艺补偿尺寸，制定外挂件轴向位置工艺尺寸要求，以消除燃烧室壳体热处理变化对外挂件轴向位置的影响。

以某发动机用D406A超高强度钢材料燃烧室壳体沿母线方向焊接两排×10个外挂件为例，设计要求以燃烧室壳体前端面为基准，外挂件轴向位置分布呈线性排列，角焊缝满足超高强度钢熔焊通用技术Ⅱ级要求。

用装夹机构装夹燃烧室壳体(图1)，外挂件焊接定位夹具(图2)装配定位外挂件，按照用D406A钢材料制造燃烧室壳体热处理变化量，调整外挂件轴向位置尺寸进行定位点焊。经两个批次近百发燃烧室壳体外挂件焊接生产验证与复检，外挂件轴向位置尺寸全部满足产品设计要求，产品合格率达到100％。该项技术方法发明达到精确控制燃烧室壳体外挂件位置尺寸的目的。

Claims (2)

1.一种燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制工装，包括工作平台、单臂三维测量划线机和外挂件焊接定位夹具，其特征在于：所述的工作平台上表面安装有尾座和卡盘，以顶夹方式装夹燃烧室壳体；所述的外挂件焊接定位夹具安装在单臂三维测量划线机上，随单臂三维测量划线机调整相对于燃烧室壳体的轴向、周向位置以及间距；所述的外挂件焊接定位夹具包括导向块、定位座、找正杆和弹簧；导向块竖直固定在单臂三维测量划线机的悬臂一端，导向块的下端垂直于燃烧室壳体，导向块轴向向上开槽作为定位槽，槽底部开有盲孔作为定位孔；找正杆装在导向块定位孔内，通过导向块侧壁螺纹孔中的顶丝压紧；所述的定位座竖直装入导向块定位槽，压缩套在找正杆外的弹簧；找正杆下端穿过定位座中心通孔，圆柱销插入找正杆上径向的定位孔，固定定位座；定位座沿燃烧室壳体周向的两端压紧燃烧室壳体，加工有定位槽；外挂件通过压紧螺钉装配在定位座两端定位槽内。

2.一种利用权利要求1所述工装的燃烧室壳体外挂件位置尺寸控制方法，其特征在于包括下述步骤：

1)利用工作平台装夹燃烧室壳体；

2)外挂件焊接定位夹具找正杆对中燃烧室壳体外圆上基准线，找正杆下端同时处于燃烧室壳体表面最高点；

3)用外挂件焊接定位夹具装配外挂件，保证外挂件周向位置满足设计图样；

4)定位点焊外挂件，保证轴向位置尺寸满足工艺要求；

5)借助单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸；

6)定位点焊复检合格后，填丝加固焊接外挂件；

7)利用单臂三维测量划线机及检测工具复检外挂件轴向位置尺寸。