CN108031944A - 一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法，所述夹具包括：底板，底板上设置有上缘板定位块和下缘板定位块，下缘板定位块上设置有定位销，上缘板定位块和下缘板定位块上插设有周向压紧块，周向压紧块一端设有钩型部，周向压紧块上设置有第一锁紧装置，底板上端设置有上压紧块，上压紧块上设置有第二锁紧装置。采用本发明的夹具及方法进行焊接后，大大降低了焊接变形影响，利用焊接后形成的基准表面进行适当的研磨处理，使扇形段组件缘板部位加工有了良好的基准，扇形段组件缘板加工后不存在变形情况，很好保证了装配质量，流道部位的位置精度也很好满足了装配要求，焊接后组件的合格率得到很大提高。

Description

一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法
技术领域：
本发明涉及叶片组件焊接技术领域，具体涉及一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法。
背景技术：
原有的整流器组件焊接，由于焊接方式及防止变形的措施不合理，使得焊接后的组件存在较大变形情况，影响了后续组件加工尺寸精度的保证，给装配带来了较大的困难，也影响了发动机性能发挥。
目前很多的航空发动机整流叶片都是以扇形段组件结构形式进行工作，扇形段组件是由多个单体叶片组合焊接而成，各个单体叶片的流道部位已经加工完成，扇形段组件在焊接后需要完成缘板外侧装配部位的加工，以保证流道部位与缘板外侧装配部位具有准确的位置精度要求，使组件流道部位通过缘板外侧装配部位与发动机装配后能够达到设计要求的位置关系。但是，由于各个单体叶片在焊接为扇形段组件的过程中，存在较大的变形现象，使得扇形段组件的流道部位与工艺要求的数据有较大偏离，从而使组合焊接后所加工的缘板外侧装配部位位置精度达不到要求。在一段时间内，由于扇形段组件的焊接工艺方法存在问题，使得由各个单体叶片焊接后组成的基准外圆表面和端面基准平面表面翘曲变形达到了0.5mm以上，而扇形段组件的基准外圆表面和端面基准平面，既是各个单体叶片流道部位的加工基准，也是扇形段组件缘板外侧装配部位的加工基准，如此大的基准面变形必然使流道部位与装配部位产生位置偏离。
为此，我们对焊接加工工艺进行了研究，提出一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法，以解决上述问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法，降低焊接变形影响，使单体叶片流道位置与扇形段组件缘板装配部位位置精度获得良好保证，保证了发动机性能要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，用于装夹叶片，所述叶片由上缘板、下缘板及其二者之间的叶身组成，所述夹具包括：底板，所述底板上沿水平方向设置有上缘板定位块和下缘板定位块，所述上缘板定位块和下缘板定位块朝向彼此的端面均为扇形面，所述上缘板定位块和下缘板定位块之间形成扇形空腔，所述叶片装设于所述扇形空腔中，在所述上缘板定位块的扇形面上设置有台阶，所述上缘板下部坐设于所述台阶上，且所述上缘板外壁与所述上缘板定位块的扇形面相接触，所述下缘板下部坐设于所述下缘板定位块上，所述下缘板定位块上设置有定位销，所述下缘板外壁与所述定位销相接触，所述上缘板定位块和下缘板定位块上插设有周向压紧块，所述周向压紧块为条状板，且其伸入所述扇形空腔的一端设有钩型部，所述上缘板下部夹持于所述上缘板定位块和所述周向压紧块的钩型部之间，所述下缘板下部夹持于所述定位销和所述周向压紧块的钩型部之间，所述周向压紧块上设置有第一锁紧装置，通过所述第一锁紧装置定位锁紧所述周向压紧块，所述底板上端设置有上压紧块，所述上压紧块下端面与所述叶片的上端面相接触，所述上压紧块上设置有第二锁紧装置，通过所述第二锁紧装置定位锁紧所述上压紧块。
所述上缘板定位块和下缘板定位块均为弧形结构。
所述底板为扇形底板。
所述上压紧块朝向所述叶片的端面上开设有多个凹槽，且所述凹槽位置对应所述叶片的焊口位置。
所述第一锁紧装置包括在所述周向压紧块上沿竖直方向开设的方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块，楔入所述楔形块锁紧所述周向压紧块。
所述第二锁紧装置包括在所述上压紧块和所述底座上沿竖直方向同心开设的销孔，所述销孔中插设有圆柱销，所述圆柱销延伸至所述上压紧块的外部，且所述上压紧块上部的圆柱销上沿水平方向开设方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块，楔入所述楔形块锁紧所述上压紧块。
所述定位销上套设有圆环，所述圆环的外壁与所述下缘板外壁相接触，且在所述圆环上部的定位销上沿水平方向开设通孔，所述通孔中插设销钉，所述销钉对所述圆环进行锁紧。
采用上述一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具进行叶片组件焊接的方法，其具体步骤如下：
步骤一：将多个单体叶片连接为扇形整体组件；
步骤二：将所述扇形整体组件安装至所述夹具上，通过所述上缘板定位块和所述下缘板定位块进行定位，再通过所述上压紧块和所述周向压紧块在水平方向和竖直方向上对各个单体叶片进行压紧；
步骤三：将装夹好叶片的所述扇形夹具放入真空钎焊炉中进行钎焊焊接。
所述步骤一中，是先将各个单体叶片的待焊表面先点焊上钎料片，然后利用装配夹具将各个单体叶片进行排列定位，再利用定位焊接方式将各个单体叶片连接为整体组件。
所述步骤三中，将多个装夹好的扇形夹具排列为圆环状，放入具有环形内腔的真空钎焊炉中。
所述步骤三中，整个钎焊焊接过程，所述扇形夹具在所述真空钎焊炉保持平放状态。
本发明一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具及方法的有益效果：采用本发明的夹具及方法进行焊接后，由各个叶片缘板外圆表面组成的扇形段组件外圆表面轮廓跳动量和基准端面平面度均不大于0.1mm，大大降低了焊接变形影响，利用焊接后形成的基准表面进行适当的研磨处理，使扇形段组件缘板部位加工有了良好的基准，扇形段组件缘板加工后不存在变形情况，很好保证了装配质量，流道部位的位置精度也很好满足了装配要求，焊接后组件的合格率得到很大提高，且其它新型发动机和燃气轮机的类似结构整流器组件加工也可以采用该技术，因此本发明的夹具及方法具有较大的应用前景。
附图说明：
图1为本发明一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具的结构示意图。
图2为图1中A-A面的截面示意图；
图中：1-上缘板，2-下缘板，3-叶身，4-底板，5-上缘板定位块，6-下缘板定位块，7-台阶，8-定位销，9-周向压紧块，10-钩型部，11-上压紧块，12-楔形块，13-圆柱销，14-圆环，15-通孔，16-把手。
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2所示，本发明提供的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，用于装夹叶片，所述叶片由上缘板1、下缘板2及其二者之间的叶身3组成，所述夹具包括：底板4，所述底板4为扇形底板，所述底板4的一侧还设置有把手16，方便对夹具的取放，所述底板4上沿水平方向设置有上缘板定位块5和下缘板定位块6，所述上缘板定位块5和下缘板定位块6均为弧形结构，且所述上缘板定位块5和下缘板定位块6朝向彼此的端面均为扇形面，所述上缘板定位块5和下缘板定位块6之间形成扇形空腔，所述叶片装设于所述扇形空腔中，在所述上缘板定位块5的扇形面上设置有台阶7，所述上缘板1下部坐设于所述台阶7上，且所述上缘板1外壁与所述上缘板定位块5的扇形面相接触，所述下缘板2下部坐设于所述下缘板定位块6上，所述下缘板定位块6上设置有定位销8，所述下缘板2外壁与所述定位销8相接触，所述上缘板定位块5和下缘板定位块6上插设有周向压紧块9，所述周向压紧块9为条状板，且其伸入所述扇形空腔的一端设有钩型部10，所述上缘板1下部夹持于所述上缘板定位块5和所述周向压紧块9的钩型部10之间，所述下缘板2下部夹持于所述定位销8和所述周向压紧块9的钩型部10之间，所述周向压紧块9上设置有第一锁紧装置，通过所述第一锁紧装置定位锁紧所述周向压紧块9，所述底板4上端设置有上压紧块11，所述上压紧块11下端面与所述叶片的上端面相接触，且在所述上压紧块11朝向所述叶片的端面上开设有多个凹槽，且所述凹槽位置对应所述叶片的焊口位置，所述上压紧块11上设置有第二锁紧装置，通过所述第二锁紧装置定位锁紧所述上压紧块11。
进一步地，所述第一锁紧装置包括在所述周向压紧块上沿竖直方向开设的方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块12，楔入所述楔形块12锁紧所述周向压紧块9。
进一步地，所述第二锁紧装置包括在所述上压紧块11和所述底座4上沿竖直方向同心开设的销孔，所述销孔中插设有圆柱销13，所述圆柱销13延伸至所述上压紧块11的外部，且所述上压紧块11上部的圆柱销13上沿水平方向开设方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块12，楔入所述楔形块12锁紧所述上压紧块11。
进一步地，还可以在所述定位销8上套设有圆环14，所述圆环14的外壁与所述下缘板2外壁相接触，且在所述圆环14上部的定位销8上沿水平方向开设通孔15，所述通孔中插设销钉，所述销钉对所述圆环14进行锁紧。
采用上述一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具进行叶片组件焊接的方法，其具体步骤如下：
步骤一：将多个单体叶片连接为扇形整体组件，可以是先将各个单体叶片的待焊表面先点焊上钎料片，按照焊缝数量准备双倍的连接片，然后利用装配夹具将各个单体叶片进行排列定位，对单个叶片进行压紧，每两个叶片上、下缘板外端面分别使用一个连接片搭接于两个叶片的搭接界面上，每个叶片与搭接的连接片进行4～6点的点焊焊接，在全部接触界面的连接片点焊完成后，松开对叶片的压紧，取下扇形整体组件，利用上述定位焊接方式将各个单体叶片连接为整体组件，利用连接片及点焊的组合作为单个单体叶片之间的初始定位焊接，焊接应力小，从而消除了传统作业工艺中采用氩弧焊作为定位焊具有的变形情况，且采用传统的氩弧焊方式定位，焊接应力大，叶片之间定位后的位置关系容易受到破坏，不能很好的满足使用需求；
步骤二：将所述扇形整体组件安装至所述夹具上，通过所述上缘板定位块5和所述下缘板定位块6进行定位，再通过所述上压紧块11和所述周向压紧块9在水平方向和竖直方向上对各个单体叶片进行压紧，先压紧扇形整体组件的首、末和中部叶片，使上缘板1外端面与夹具内部的扇形空腔内壁贴合，然后压紧扇形整体组件的上端面，使扇形整体组件各个叶片的下端面与上缘板定位块5和所述下缘板定位块6表面贴合，使扇形整体组件在焊接时在一定方向上始终处于压紧状态，防止焊接应力造成的自由变形；
步骤三：将装夹好叶片的所述扇形夹具放入真空钎焊炉中进行钎焊焊接，整个钎焊焊接过程，所述扇形夹具在所述真空钎焊炉是保持平放状态的，使扇形整体组件与夹具的上缘板定位块5和所述下缘板定位块6及上压紧块11始终保持基础，对其进行压紧，且作为本实施例的优选方式，可以将多个装夹好的扇形夹具排列为圆环状，放入具有环形内腔的真空钎焊炉中，且在每次焊接时，可以根据真空钎焊炉的炉体大小，还可以同时进行相同形式的多个零件的焊接；
在零件焊接降温后，将焊好的扇形整体组件压紧松开，从家具上取下扇形整体组件检查焊接质量，如果需要补焊，则在需补焊的部位涂抹糊状焊料，继续装夹于夹具上放入真空钎焊炉中进行焊接。
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 (10)

1.一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，用于装夹叶片，所述叶片由上缘板、下缘板及其二者之间的叶身组成，其特征在于：所述夹具包括：底板，所述底板上沿水平方向设置有上缘板定位块和下缘板定位块，所述上缘板定位块和下缘板定位块朝向彼此的端面均为扇形面，所述上缘板定位块和下缘板定位块之间形成扇形空腔，所述叶片装设于所述扇形空腔中，在所述上缘板定位块的扇形面上设置有台阶，所述上缘板下部坐设于所述台阶上，且所述上缘板外壁与所述上缘板定位块的扇形面相接触，所述下缘板下部坐设于所述下缘板定位块上，所述下缘板定位块上设置有定位销，所述下缘板外壁与所述定位销相接触，所述上缘板定位块和下缘板定位块上插设有周向压紧块，所述周向压紧块为条状板，且其伸入所述扇形空腔的一端设有钩型部，所述上缘板下部夹持于所述上缘板定位块和所述周向压紧块的钩型部之间，所述下缘板下部夹持于所述定位销和所述周向压紧块的钩型部之间，所述周向压紧块上设置有第一锁紧装置，通过所述第一锁紧装置定位锁紧所述周向压紧块，所述底板上端设置有上压紧块，所述上压紧块下端面与所述叶片的上端面相接触，所述上压紧块上设置有第二锁紧装置，通过所述第二锁紧装置定位锁紧所述上压紧块。
2.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述上缘板定位块和下缘板定位块均为弧形结构。
3.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述底板为扇形底板。
4.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述上压紧块朝向所述叶片的端面上开设有多个凹槽，且所述凹槽位置对应所述叶片的焊口位置。
5.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述第一锁紧装置包括在所述周向压紧块上沿竖直方向开设的方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块，楔入所述楔形块锁紧所述周向压紧块。
6.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述第二锁紧装置包括在所述上压紧块和所述底座上沿竖直方向同心开设的销孔，所述销孔中插设有圆柱销，所述圆柱销延伸至所述上压紧块的外部，且所述上压紧块上部的圆柱销上沿水平方向开设方形通槽，所述方形通槽中插装有楔形块，楔入所述楔形块锁紧所述上压紧块。
7.根据权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具，其特征在于：所述定位销上套设有圆环，所述圆环的外壁与所述下缘板外壁相接触，且在所述圆环上部的定位销上沿水平方向开设通孔，所述通孔中插设销钉，所述销钉对所述圆环进行锁紧。
8.采用权利要求1所述的一种降低叶片组件焊接变形的扇形夹具进行叶片组件焊接的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：将多个单体叶片连接为扇形整体组件；
步骤二：将所述扇形整体组件安装至所述夹具上，通过所述上缘板定位块和所述下缘板定位块进行定位，再通过所述上压紧块和所述周向压紧块在水平方向和竖直方向上对各个单体叶片进行压紧；
步骤三：将装夹好叶片的所述扇形夹具放入真空钎焊炉中进行钎焊焊接。
9.采用权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，是先将各个单体叶片的待焊表面先点焊上钎料片，然后利用装配夹具将各个单体叶片进行排列定位，再利用定位焊接方式将各个单体叶片连接为整体组件。
10.采用权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，将多个装夹好的扇形夹具排列为圆环状，放入具有环形内腔的真空钎焊炉中，且在整个钎焊焊接过程，所述扇形夹具在所述真空钎焊炉保持平放状态。
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