CN109332977B - 篦齿封严组件的装夹装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种篦齿封严组件的装夹装置及焊接方法，装夹装置包括安装于第一环状零件的第一端面上用于对第一环状零件轴向支撑的支撑结构、安装于第一环状零件的第二端面上的挤压结构以及安装于第一环状零件的非焊接面一侧的用于对第一环状零件径向限位的限位结构，挤压结构通过朝第一环状零件移动以沿轴向挤压第一环状零件，从而使第一环状零件沿径向扩张，限位结构使第一环状零件朝第二环状零件单向扩张以确保第一环状零件的焊接面填充于第二环状零件的篦齿结构内。本发明的篦齿封严组件的装夹装置，使第一环状零件朝第二环状零件单向扩张以使第一环状零件的焊接面充分填充于第二环状零件的篦齿结构内。

Description

篦齿封严组件的装夹装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及篦齿封严组件技术领域，特别地，涉及一种用于焊接过程中装夹篦齿封严组件的装夹装置，特别地，还涉及一种焊接方法。

背景技术

在航空发动机中，轮盘、鼓、轴、叶冠等转动机件上的周向篦齿及静子部件构成篦齿封严组件，通过焊接后使静子部件与转动部件接触的环形圆柱面膨胀后填充于篦齿结构实现密封连接以阻隔高低压腔之间的流体泄漏，但在焊接条件下，当静子部件的制作材料的膨胀系数比转动机件的制作材料的的膨胀系数大很多时，例如铜银锌封严组件中的铜银锌合金内环在700℃下膨胀系数是设有篦齿结构的高温合金外环的1.5～2倍，采用常规焊接方法进行焊接时，铜银锌合金内环的焊接面过于膨胀或者由于铜银锌合金内环的焊接面和非焊接面均膨胀导致焊接面无法充分填充于篦齿结构，并导致密封效果差，流体泄漏无法实现两者连接。

发明内容

本发明提供了一种篦齿封严组件的装夹装置以及焊接方法，以解决现有的用于焊接篦齿封严组件的焊接方法无法焊接膨胀系数及结构差异大的材料及所制成的篦齿封严组件的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种篦齿封严组件的装夹装置，用于篦齿封严组件焊接过程中装夹固定材料屈服强度较小的第一环状零件，第一环状零件与第二环状零件配合套接并通过沿周向设于材料屈服强度较大的第二环状零件的焊接面上的篦齿结构构成篦齿封严组件，装夹装置包括安装于第一环状零件的第一端面上用于对第一环状零件轴向支撑的支撑结构、安装于第一环状零件的第二端面上的挤压结构以及安装于第一环状零件的非焊接面一侧的用于对第一环状零件径向限位的限位结构，挤压结构通过朝第一环状零件移动以沿轴向挤压第一环状零件，从而使第一环状零件沿径向扩张，限位结构使第一环状零件朝第二环状零件单向扩张以确保第一环状零件的焊接面填充于第二环状零件的篦齿结构内。

进一步地，限位结构在焊接条件下的材料膨胀系数高于第一环状零件在焊接条件下的材料膨胀系数。

进一步地，支撑结构和挤压结构在焊接条件下的材料屈服强度高于第一环状零件在焊接条件下的材料屈服强度。

进一步地，篦齿结构设于第二环状零件的内侧面上，第二环状零件套设于第一环状零件上，限位结构为与第一环状零件的内侧面间隙配合的内撑块。

进一步地，篦齿结构设于第二环状零件的外侧面上，第一环状零件套设于第二环状零件上，限位结构为与第一环状零件的外侧面间隙配合的外撑环。

进一步地，挤压结构通过设于与第一环状零件的接触端面上的挤压凸台插入限位结构与第二环状零件之间以对第一环状零件轴向挤压，且挤压凸台分别与限位结构和第二环状零件间隙配合；支撑结构通过设于与第一环状零件的接触端面上的支撑凸台插入限位结构与第二环状零件之间以对第一环状零件轴向支撑，且支撑凸台分别与限位结构和第二环状零件间隙配合；通过挤压凸台一侧的台阶面限制挤压结构沿轴向移动的距离；通过支撑凸台一侧的台阶面限制第一环状零件受到挤压结构的轴向挤压时带动第二环状零件沿轴向移动的距离。

根据本发明的另一方面，还提供一种篦齿封严组件的焊接方法，采用上述装夹装置装夹篦齿封严组件，包括以下步骤：将第一环形零件和第二环形零件组装成篦齿封严组件；将篦齿封严组件安装于装夹装置上；将装夹好的篦齿封严组件和装夹装置置于高温高压设备内加热加压，使第一环状零件塑化，并通过装夹装置的挤压使第一环状零件沿径向扩张与第二环状零件密封连接。

进一步地，将篦齿封严组件安装于装夹装置上之前在第一环状零件的非焊接面、支撑结构、挤压结构以及限位结构表面涂覆阻焊剂。

进一步地，将篦齿封严组件安装于装置上，包括以下步骤：在支撑结构上铺设耐高温的第一挡片；将第一环状零件置于第一挡片上以防止第一环状零件的第一端面与支撑结构直接接触后焊合；将限位结构安装于第一环状零件的非焊接面的一侧；在第一环状零件的第二端面上铺设耐高温的第二挡片；将挤压结构置于第二挡片上以防止第一环状零件的第二端面与挤压结构直接接触后焊合。

进一步地，高温高压设备采用还原气氛设备并按照固定热循环曲线进行加热加压。

本发明具有以下有益效果：

本发明的篦齿封严组件的装夹装置，材料屈服强度较小的第一环状零件在篦齿封严结构的焊接条件下塑化，通过支撑结构将第一环状零件的第一端支撑固定，而安装于第一环状零件的第二端面上的挤压结构通过朝第一环状零件移动以沿轴向挤压第一环状零件，从而使塑化的第一环状零件沿径向扩张，同时通过安装于第一环状零件的非焊接面一侧的限位结构对第一环状零件的非焊接面一侧径向限位，从而使第一环状零件朝第二环状零件单向扩张以使第一环状零件的焊接面充分填充于第二环状零件的篦齿结构内。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的篦齿封严组件的装夹装置的结构示意图。

图例说明：

1、挤压结构；11、挤压凸台；2、支撑结构；21、支撑凸台；3、限位结构；100、第一环状零件；200、第二环状零件；300、篦齿结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的篦齿封严组件的装夹装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例的一种篦齿封严组件的装夹装置，用于篦齿封严组件焊接过程中装夹固定材料屈服强度较小的第一环状零件100，第一环状零件100与第二环状零件200配合套接并通过沿周向设于材料屈服强度较大的第二环状零件200的焊接面上的篦齿结构300构成篦齿封严组件，装夹装置包括安装于第一环状零件100的第一端面上用于对第一环状零件100轴向支撑的支撑结构2、安装于第一环状零件100的第二端面上的挤压结构1以及安装于第一环状零件100的非焊接面一侧的用于对第一环状零件100径向限位的限位结构3，挤压结构1通过朝第一环状零件100移动以沿轴向挤压第一环状零件100，从而使第一环状零件100沿径向扩张，限位结构3使第一环状零件100朝第二环状零件200单向扩张以确保第一环状零件100的焊接面填充于第二环状零件200的篦齿结构300内。本发明的篦齿封严组件的装夹装置，材料屈服强度较小的第一环状零件100在篦齿封严结构的焊接条件下塑化，通过支撑结构2将第一环状零件100的第一端支撑固定，而安装于第一环状零件100的第二端面上的挤压结构1通过朝第一环状零件100移动以沿轴向挤压第一环状零件100，从而使塑化的第一环状零件100沿径向扩张，同时通过安装于第一环状零件100的非焊接面一侧的限位结构3对第一环状零件100的非焊接面一侧径向限位，从而使第一环状零件100朝第二环状零件200单向扩张以使第一环状零件100的焊接面充分填充于第二环状零件200的篦齿结构300内。

如图1所示，限位结构3在焊接条件下的材料膨胀系数高于第一环状零件100在焊接条件下的材料膨胀系数。焊接条件下，限位结构3的膨胀程度大于第一环状零件100的膨胀程度，限位结构3的膨胀力大于第一环状零件100的膨胀力，因此焊接时，限位结构3限制第一环状零件100朝非焊接面的一侧扩张的同时通过自身的膨胀挤压第一环状零件100，从而将将第一环状零件100的焊接面挤压填充于第二环状零件200的篦齿结构300内。限位结构3在焊接条件下的材料屈服强度高于第一环状零件100在焊接条件下的材料屈服强度。焊接时第一环状零件100产生塑性变形沿径向扩张而限位结构3产生弹性变形，焊接结束后温度下降，限位结构3的弹性变形恢复，便于将限位结构3从第一环状零件100上取出。在本实施例中，第一环状零件100采用铜银锌合金制成。第二环状零件200采用高温合金制成。限位结构3采用不锈钢材料制成。

如图1所示，支撑结构2和挤压结构1在焊接条件下的材料屈服强度高于第一环状零件100在焊接条件下的材料屈服强度。焊接过程中，支撑结构2和挤压结构1均不会发生塑性变形以限制支撑结构2与挤压结构1之间的第一环状零件100沿轴向扩张。

如图1所示，篦齿结构300设于第二环状零件200的内侧面上，第二环状零件200套设于第一环状零件100上，限位结构3为与第一环状零件100的内侧面间隙配合的内撑块。在本实施例中，第一环状零件100为铜银锌合金内环，第二环状零件200为内侧面设有篦齿结构300的高温合金外环，高温合金外环套设于铜银锌合金内环上。在另一实施例中，篦齿结构300设于第二环状零件200的外侧面上，第一环状零件100套设于第二环状零件200上，限位结构3为与第一环状零件100的外侧面间隙配合的外撑环。限位结构3与第一环状零件100的非焊接面之间的间隙为0.01mm-0.03mm。通过限位结构3与第一环状零件100之间的间隙，使限位结构3存在膨胀的空间且便于限位结构3的安装和拆下。限位结构3通过自身膨胀沿径向挤压第一环状零件100，同时可用于排出焊接过程中产生的气体。可选地，限位结构3置于支撑结构2上。可选地，通过在限位结构3与支撑结构2之间铺设耐高温的垫片使限位结构3与支撑结构2之间存在间隙，挤压结构1沿轴向挤压第一环状零件100时，使得限位结构3随第一环状零件100沿轴向移动并沿径向挤压第一环状零件100。

如图1所示，挤压结构1通过设于与第一环状零件100的接触端面上的挤压凸台11插入限位结构3与第二环状零件200之间以对第一环状零件100轴向挤压，且挤压凸台11分别与限位结构3和第二环状零件200间隙配合；支撑结构2通过设于与第一环状零件100的接触端面上的支撑凸台21插入限位结构3与第二环状零件200之间以对第一环状零件100轴向支撑，且支撑凸台21分别与限位结构3和第二环状零件200间隙配合；通过挤压凸台11一侧的台阶面限制挤压结构1沿轴向移动的距离；通过支撑凸台21一侧的台阶面限制第一环状零件100受到挤压结构1的轴向挤压时带动第二环状零件200沿轴向移动的距离。挤压凸台11和支撑凸台21的厚度均小于第一环状零件100的厚度，使挤压凸台11的一侧面与限位结构3的侧面之间、挤压凸台11的另一侧面与第二环状零件200的侧壁面之间、支撑凸台21的一侧面与限位结构3的侧面之间以及支撑凸台21的另一侧面与第二环状零件200的侧壁面之间存在间隙，从而避免焊接过程中限位结构3膨胀将挤压凸台11和/或支撑凸台21夹持固定于限位结构3和第二环状零件200之间，造成挤压凸台11无法移动以沿轴向挤压第一环状零件100，同时给装夹装置的安装和拆卸带来了不便，并且挤压凸台11、支撑凸台21、限位结构3以及第二环状零件200之间的间隙可用于排出焊接过程中产生的气体以避免第一环状零件100的焊接面与第二环状零件200的篦齿结构300之间存在气泡而影响篦齿封严组件的密封效果。

本实施例的篦齿封严组件的焊接方法，采用上述装夹装置装夹篦齿封严组件，包括以下步骤：将第一环形零件和第二环形零件组装成篦齿封严组件；将篦齿封严组件安装于装夹装置上；将装夹好的篦齿封严组件和装夹装置置于高温高压设备内加热加压使第一环状零件100塑化，并通过装夹装置的挤压使第一环状零件100沿径向扩张与第二环状零件200密封连接。可选地，将装夹好的篦齿封严组件和装夹装置竖直置于高温高压设备内且挤压结构1位于第一环状零件100的上方，通过挤压结构1的自身重力向下挤压第一环状零件100。可选地，将支撑结构2置于高温高压设备内的支撑平台上，通过高温高压设备内的推动机构推动挤压结构1沿轴向挤压第一环状零件100。可选地，将支撑结构2水平置于高温高压设备内的支撑平台上，通过挤压结构1自身的重力向下挤压第一环状零件100。可选地，将支撑结构2置于推动机构上，使挤压结构1抵靠于限位平台下方，通过推动机构推动支撑结构2从而使挤压结构1相对篦齿封严组件沿轴向移动以挤压第一环状零件100。第一环状零件100与第二环状零件200配合套接，由于第二环状零件200的焊接面上的篦齿结构300以及贴合面之间的摩擦力，焊接完成中，第二环状零件200不易与第一环状零件100发生相对滑动，并且在第一环状零件100受到挤压结构1的轴向挤压时，第一环状零件100会带动第二环状零件200沿轴向移动。可选地，通过在支撑结构2与第二环状零件200之间设置弹性结构对第二环状零件200轴向支撑以避免焊接过程中第二环状零件200与第一环状零件100发生相对滑动导致焊接错位且不影响第二环状零件200随第一环状零件100轴向移动。

将篦齿封严组件安装于装夹装置上之前在第一环状零件100的非焊接面、支撑结构2、挤压结构1以及限位结构3表面涂覆阻焊剂。避免限位结构3、支撑架构和/或挤压结构1在高温高压的焊接条件下与第一环状零件100和/或第二环状零件200焊合连接。

将篦齿封严组件安装于装置上，包括以下步骤：在支撑结构2上铺设耐高温的第一挡片；将第一环状零件100置于第一挡片上以防止第一环状零件100的第一端面与支撑结构2直接接触后焊合；将限位结构3安装于第一环状零件100的非焊接面的一侧；在第一环状零件100的第二端面上铺设耐高温的第二挡片；将挤压结构1置于第二挡片上以防止第一环状零件100的第二端面与挤压结构1直接接触后焊合。可选地，第一挡片和第二挡片为石棉纸片和/或隔热垫片。

高温高压设备采用还原气氛设备并按照固定热循环曲线进行加热加压。采用还原气氛设备按照固定热循环曲线进行加热加压，即加热至焊接所需的温度及加压至焊接所需的压力时保温一定的时间，使第一环状零件100的焊接面与第二环状零件200的篦齿结构300充分接触，保温结束后以特定冷却速度冷却，从而实现篦齿封严组件的密封连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种篦齿封严组件的装夹装置，用于篦齿封严组件焊接过程中装夹固定材料屈服强度较小的第一环状零件（100），第一环状零件（100）与第二环状零件（200）配合套接并通过沿周向设于材料屈服强度较大的第二环状零件（200）的焊接面上的篦齿结构（300）构成篦齿封严组件，

其特征在于，

所述装夹装置包括安装于第一环状零件（100）的第一端面上用于对第一环状零件（100）轴向支撑的支撑结构（2）、安装于第一环状零件（100）的第二端面上的挤压结构（1）以及安装于第一环状零件（100）的非焊接面一侧的用于对第一环状零件（100）径向限位的限位结构（3），

所述挤压结构（1）通过朝第一环状零件（100）移动以沿轴向挤压第一环状零件（100），从而使第一环状零件（100）沿径向扩张，

所述限位结构（3）使第一环状零件（100）朝第二环状零件（200）单向扩张以确保第一环状零件（100）的焊接面填充于第二环状零件（200）的篦齿结构（300）内；

所述限位结构（3）在焊接条件下的材料膨胀系数高于第一环状零件（100）在焊接条件下的材料膨胀系数；

所述限位结构（3）在焊接条件下的材料屈服强度高于第一环状零件（100）在焊接条件下的材料屈服强度；

所述支撑结构（2）和所述挤压结构（1）在焊接条件下的材料屈服强度高于所述第一环状零件（100）在焊接条件下的材料屈服强度；

所述挤压结构（1）通过设于与第一环状零件（100）的接触端面上的挤压凸台（11）插入所述限位结构（3）与第二环状零件（200）之间以对第一环状零件（100）轴向挤压，且所述挤压凸台（11）分别与所述限位结构（3）和第二环状零件（200）间隙配合；

所述支撑结构（2）通过设于与第一环状零件（100）的接触端面上的支撑凸台（21）插入所述限位结构（3）与第二环状零件（200）之间以对第一环状零件（100）轴向支撑，且所述支撑凸台（21）分别与所述限位结构（3）和第二环状零件（200）间隙配合；

通过所述挤压凸台（11）一侧的台阶面限制所述挤压结构（1）沿轴向移动的距离；

通过所述支撑凸台（21）一侧的台阶面限制第一环状零件（100）受到所述挤压结构（1）的轴向挤压时带动第二环状零件（200）沿轴向移动的距离。

2.根据权利要求1所述的篦齿封严组件的装夹装置，其特征在于，

所述篦齿结构（300）设于第二环状零件（200）的内侧面上，第二环状零件（200）套设于第一环状零件（100）上，所述限位结构（3）为与第一环状零件（100）的内侧面间隙配合的内撑块。

3.根据权利要求1所述的篦齿封严组件的装夹装置，其特征在于，

所述篦齿结构（300）设于第二环状零件（200）的外侧面上，第一环状零件（100）套设于第二环状零件（200）上，所述限位结构（3）为与第一环状零件（100）的外侧面间隙配合的外撑环。

4.一种篦齿封严组件的焊接方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的装夹装置装夹篦齿封严组件，包括以下步骤：

将第一环形零件（100）和第二环形零件（200）组装成篦齿封严组件；

将篦齿封严组件安装于装夹装置上；

将装夹好的篦齿封严组件和装夹装置置于高温高压设备内加热加压使第一环状零件（100）塑化，并通过装夹装置的挤压使第一环状零件（100）沿径向扩张与第二环状零件（200）密封连接。

5.根据权利要求4所述的篦齿封严组件的焊接方法，其特征在于，

将篦齿封严组件安装于装夹装置上之前在第一环状零件（100）的非焊接面、支撑结构（2）、挤压结构（1）以及限位结构（3）表面涂覆阻焊剂。

6.根据权利要求4所述的篦齿封严组件的焊接方法，其特征在于，

将篦齿封严组件安装于装夹装置上，包括以下步骤：

在支撑结构（2）上铺设耐高温的第一挡片；

将第一环状零件（100）置于第一挡片上以防止第一环状零件（100）的第一端面与支撑结构（2）直接接触后焊合；

将限位结构（3）安装于第一环状零件（100）的非焊接面的一侧；

在第一环状零件（100）的第二端面上铺设耐高温的第二挡片；

将挤压结构（1）置于第二挡片上以防止第一环状零件（100）的第二端面与挤压结构（1）直接接触后焊合。

7.根据权利要求4所述的篦齿封严组件的焊接方法，其特征在于，

高温高压设备采用还原气氛设备并按照固定热循环曲线进行加热加压。

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