CN107999981A - 一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法，对待焊件进行清理、清洗及装配；对装配间隙进行填充，使装配间隙在0～0.15mm之间；制备膏状钎料；烘干及真空钎焊；对焊接完毕的叶片组件进行检验。采用真空钎焊工艺方法完成分体高压涡轮导向叶片焊接加工，选用适合的钎焊料实现叶身与上、下缘板的连接，满足导向叶片焊接技术需求，实现焊接工艺的工程化应用，钎焊焊缝形成良好，焊接合格率较高，对满足工业使用要求具有重要意义，能够满足工厂生产的技术、进度需求，节约加工成本，提高生产效率。可推广到航空领域，及延伸到其它类似分体结构的焊接技术，填补了分体导向叶片叶身气膜孔多、复杂结构的这类零件的加工空白。

Description

一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法
技术领域：
本发明涉及航空发动机焊接技术领域，具体涉及一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接 工艺方法。
背景技术：
随着发动机制造技术发展，单件装配焊接成导向叶片组件的叶片不断增加，采用合理的 焊接工艺手段可以满足单件叶片先完成在组件中无法实现的工序，而后进行组件的装配焊接， 降低组件的加工难度，随着叶片数量和级别的增加，分体结构的叶片装配焊接的工艺方法将 广泛得到应用。
分体式高压涡轮导向叶片焊接是一种新型的加工技术，分体结构高导叶片焊接过程一直 是重点和难点，焊接质量直接影响叶片整体性能，真空钎焊的焊接强度高、焊缝成型好的特 点保证了导向叶片的性能和强度要求，同时，钎焊接头的高温性能满足了导向叶片的工作环 境要求。
为满足复杂导向叶片的科研生产需求，开展分体高导叶片的焊接技术的研究工作，选用 钎料进行真空钎焊焊接工艺试验，研发分体高导叶片焊接工艺技术，提出一种分体结构高压 涡轮导向叶片的焊接工艺方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法，选用适合的钎焊 料实现叶身与上缘板、下缘板的连接，满足导向叶片焊接技术需求，实现焊接工艺的工程化 应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法，所述分体结构高压涡轮 导向叶片包括上缘板、下缘板及其之间的叶身，所述方法的具体步骤如下：
步骤1：对待焊件进行清理、清洗及装配；
步骤1.1：对待焊件的叶身安装头与上、下缘板上型孔的焊接面采用机械打磨方式清除 表面氧化皮，然后用酒精将待焊件的待焊表面清洗干净，以去除待焊件表面的油污和杂质；
步骤1.2：将待焊件固定至夹具上，采用氩弧焊法将叶身与上、下缘板装配定位，且保 证装配间隙在0.15mm～1.5mm之间；
步骤2：对装配间隙进行填充，使装配间隙在0～0.15mm之间；
步骤3：制备膏状钎料
步骤3.1：将粉状钎料与粘结剂混合调配成膏状钎料；
步骤3.2：将膏状钎料装入冷敷器中，然后将膏状钎料涂覆在待焊处，且将待焊处的装 配间隙涂满；
步骤4：烘干及真空钎焊
步骤4.1：将涂好膏状钎料的待焊件放入烘干箱中，进行烘干；
步骤4.2：将烘干后的待焊件的排气边朝上，放入真空钎焊炉中，进行焊接；
步骤5：对焊接完毕的叶片组件进行检验。
所述步骤2中采用厚度为0.2mm～0.3mm的耐高温合金片对大于0.15mm的装配间隙径 向填充，保证装配间隙在0～0.15mm之间。
所述耐高温合金片与焊缝外表面平齐或高于焊缝外表面，且高度差小于或者等于0.5mm。
所述步骤4中，烘干温度为120℃～160℃。
所述步骤4中，先对真空钎焊炉抽真空，直至其真空压力低于4x10-2Pa开始加热，以5～20℃/min的升温速度加热到530-570℃，保温10-40min，再以5～15℃/min的升温速度加热 到1000～1150℃，保温10-30min，钎焊完毕，将叶片组件随真空钎焊炉冷却至900℃以下，冲 氩气进行快冷，至真空钎焊炉炉内温度低于100℃时，将叶片组件取出真空钎焊炉，且在整 个作业过程中，所述真空钎焊炉内真空压力一直保持低于4x 10-2Pa。
所述步骤5中，在进行叶片组件检查时，叶身与上、下缘板的焊缝完整性大于或者等于 70％，且上、下缘板不存在对应未钎焊处；允许存在底部为圆滑过渡的焊缝凹陷，但凹陷的 长度不超过焊缝总长度的40％；焊缝允许局部堆高，且高度小于或者等于1.5mm；叶片组件 的燃气流道表面、上下缘板内表面及装配的啮合面上不允许有钎料的流淌和飞溅；上、下缘 板及叶身的冷却孔上允许飞溅有钎料。
所述步骤5完成后，采用钎料对叶片组件进行润湿试验和填充间隙能力试验，即采用叶 片组件制作钎焊试样进行钎焊接头的力学性能试验，与传统工艺焊接制备的叶片组件性能进 行对比分析。
本发明一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法的有益效果：采用真空钎焊工艺 方法完成分体高压涡轮导向叶片焊接加工，选用适合的钎焊料实现叶身与上缘板、下缘板的 连接，满足导向叶片焊接技术需求，实现焊接工艺的工程化应用，钎焊焊缝形成良好，焊接 合格率较高，对满足工业使用要求具有重要意义，所确定的分体导向叶片钎焊工艺路线能够 满足工厂生产的技术、进度需求，节约加工成本，提高生产效率，导向叶片的数量多且有有 个级别，每个级别均采用分体结构的焊接方法，可保证组件焊接质量，减少不合格造成废品 损失可节约资金约50万元，该真空钎焊工艺同样可延伸到其它类似分体结构导向叶片的焊接 技术，对分体结构叶片的焊接技术的提高具有关键指导作用，可广泛推广到航空领域，填补 了分体导向叶片叶身气膜孔多、复杂结构的这类零件的加工空白。
附图说明：
图1为导向叶片的结构示意图；
图2为图1中导向叶片的俯视图逆时针旋转90°得到的示意图；
图3为图2中A-A面的剖视图；
图中：1-上缘板，2-下缘板，3-叶身。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
根据图1～图3所示，本发明提供的一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法， 所述分体结构高压涡轮导向叶片包括上缘板1、下缘板2及其之间的叶身3，所述方法的具 体步骤如下：
步骤1：对待焊件进行清理、清洗及装配；
将上缘板1、下缘板2及其之间的叶身3依次安装在专用装配夹具上，使用砂轮进行局 部打磨修配，保证叶身安装头能够顺利插入上缘板1、下缘板2的型孔内；
步骤1.1：对待焊件的叶身安装头与上缘板1、下缘板2上型孔的焊接面采用机械打磨方 式清除表面氧化皮，然后依次用汽油和酒精将待焊件的待焊表面清洗干净，以去除待焊件表 面的油污和杂质；
步骤1.2：将待焊件固定至夹具上，采用氩弧焊法将叶身3与上缘板1、下缘板2装配定 位，且保证装配间隙在0.15mm～1.5mm之间，即装配间隙需控制在0.15mm塞尺不过，且个别局部间隙0.5mm塞尺不过；
步骤1.3：如图2所示，使用氩弧焊在叶身3与上缘板1、下缘板2连接处均匀点焊三个焊点；
步骤2：使用耐高温合金片对叶身3与上缘板1、下缘板2之间大于0.15mm的装配间隙进行填充，使装配间隙在0～0.15mm之间，且在本实施例中，是采用厚度为0.2mm～0.3mm的耐高温合金片对大于0.15mm的装配间隙径向填充，保证装配间隙在0～0.15mm之间，且所述耐高温合金片与焊缝外表面平齐或高于焊缝外表面，且高度差小于或者等于0.5mm；
步骤3：制备膏状钎料
步骤3.1：将粉状钎料与粘结剂混合调配成膏状钎料；
步骤3.2：将膏状钎料装入冷敷器中，然后将膏状钎料涂覆在待焊处，且将待焊处的装 配间隙涂满，在涂覆过程中，需避免钎料过多造成对待焊件的熔蚀和形成钎料的堆积，且不 允许钎料落入叶片内腔；
步骤3.3：在涂覆的钎料的四周及气膜孔上涂阻流剂；
步骤4：烘干及真空钎焊
步骤4.1：将涂好膏状钎料的待焊件放入烘干箱中，进行烘干，烘干温度为120℃～160℃， 且不允许钎料粘结底架；
步骤4.2：将烘干后的待焊件的排气边朝上，放入真空钎焊炉中，进行焊接，且为防止 待焊件与真空炉接触面焊上，可在其接触的部位涂上阻流剂；
在焊接过程中，是先对真空钎焊炉抽真空，直至其真空压力低于4x 10-2Pa开始加热， 以5～20℃/min的升温速度加热到530-570℃，保温10-40min，再以5～15℃/min的升温速度加 热到1000～1150℃，保温10-30min，钎焊完毕，将叶片组件随真空钎焊炉冷却至900℃以下， 冲氩气进行快冷，至真空钎焊炉炉内温度低于100℃时，将叶片组件取出真空钎焊炉，且在 整个作业过程中，所述真空钎焊炉内真空压力一直保持低于4x 10-2Pa；
步骤5：借助4～10倍放大镜，对焊接完毕的叶片组件的焊缝外观进行检验；
a、在进行叶片组件检查时，叶身3与上缘板1、下缘板2的焊缝完整性大于或者等于70％，许存在非穿透局部缺陷，且上缘板1、下缘板2不存在对应未钎焊处；
b、允许存在底部为圆滑过渡的焊缝凹陷，但凹陷的长度不超过焊缝总长度的40％；
c、焊缝允许局部堆高，且高度小于或者等于1.5mm；
d、叶片组件的燃气流道表面、上下缘板内表面及装配的啮合面上不允许有钎料的流淌 和飞溅；
e、上缘板1、下缘板2及叶身3的冷却孔上允许飞溅有钎料；
在完成步骤5后，采用钎料对叶片组件进行润湿试验和填充间隙能力试验，即按导向叶 片各接头材料组合制备钎焊接头拉伸和剪切性能测试试样，并按上述步骤中工艺性能试验的 工艺参数进行焊接，然后将所制备钎焊接头试样加工成标准力学试样，然后进行980℃条件 下的拉伸和剪切强度测试，与传统工艺焊接制备的叶片组件性能进行对比分析。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发 明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同 替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种分体结构高压涡轮导向叶片的焊接工艺方法，所述分体结构高压涡轮导向叶片包括上缘板、下缘板及其之间的叶身，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
步骤1：对待焊件进行清理、清洗及装配；
步骤1.1：对待焊件的叶身安装头与上、下缘板上型孔的焊接面采用机械打磨方式清除表面氧化皮，然后依次用汽油和酒精将待焊件的待焊表面清洗干净，以去除待焊件表面的油污和杂质；
步骤1.2：将待焊件固定至夹具上，采用氩弧焊法将叶身与上、下缘板装配定位，且保证装配间隙在0.15mm～1.5mm之间；
步骤2：对装配间隙进行填充，使装配间隙在0～0.15mm之间；
步骤3：制备膏状钎料
步骤3.1：将粉状钎料与粘结剂混合调配成膏状钎料；
步骤3.2：将膏状钎料装入冷敷器中，然后将膏状钎料涂覆在待焊处，且将待焊处的装配间隙涂满；
步骤4：烘干及真空钎焊
步骤4.1：将涂好膏状钎料的待焊件放入烘干箱中，进行烘干；
步骤4.2：将烘干后的待焊件的排气边朝上，放入真空钎焊炉中，进行焊接；
步骤5：对焊接完毕的叶片组件进行检验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中采用厚度为0.2mm～0.3mm的耐高温合金片对大于0.15mm的装配间隙径向填充，保证装配间隙在0～0.15mm之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述耐高温合金片与焊缝外表面平齐或高于焊缝外表面，且高度差小于或者等于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，烘干温度为120℃～160℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，先对真空钎焊炉抽真空，直至其真空压力低于4 x 10-2Pa开始加热，以5～20℃/min的升温速度加热到530-570℃，保温10-40min，再以5～15℃/min的升温速度加热到1000～1150℃，保温10-30min，钎焊完毕，将叶片组件随真空钎焊炉冷却至900℃以下，冲氩气进行快冷，至真空钎焊炉炉内温度低于100℃时，将叶片组件取出真空钎焊炉，且在整个作业过程中，所述真空钎焊炉内真空压力一直保持低于4 x 10-2Pa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，在进行叶片组件检查时，叶身与上、下缘板的焊缝完整性大于或者等于70％，且上、下缘板不存在对应未钎焊处；允许存在底部为圆滑过渡的焊缝凹陷，但凹陷的长度不超过焊缝总长度的40％；焊缝允许局部堆高，且高度小于或者等于1.0mm；叶片组件的燃气流道表面、上下缘板内表面及装配的啮合面上不允许有钎料的流淌和飞溅；上、下缘板及叶身的冷却孔上允许飞溅有钎料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5完成后，采用钎料对叶片组件进行润湿试验和填充间隙能力试验，即采用叶片组件制作钎焊试样进行钎焊接头的力学性能试验，与传统工艺焊接制备的叶片组件性能进行对比分析。
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