CN109514070A - 一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，焊接结构整体叶盘总体研制过程共分四个阶段：焊接结构单体叶片加工；焊接结构单体盘加工；单体盘加工；叶环焊接机加组合件加工；整体叶盘焊接机加组合件加工；具体工艺流程如下；焊接结构单体叶片研制：叶片毛坯结构确定→叶片锻模设计→叶片毛坯锻造→叶片毛坯检测分组→浇铸低熔点合金→铣加工基准→去除合金→精铣榫头和叶身→腐蚀→荧光→终检；单体盘加工：盘毛坯锻造→粗车→热处理→精车→精车焊接面→荧光检验→终检。本发明的优点：对焊接结构整体叶盘制造技术的预先研究，为整体叶盘技术的进一步发展应用及新一代航空发动机研制奠定了重要的技术基础，具有广阔的应用前景。

Description

一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法

技术领域

本发明涉及电子束焊接结构叶盘加工工艺领域，特别涉及了一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法。

背景技术

从整体叶盘的发展来看，焊接结构占有优势。与整体毛坯相比，电子束焊的叶片和盘均可采用小余量的精锻毛坯加工而成，节省原材料，锻造质量有保证，生产效率高，成本低，要比用实体毛坯加工法更经济。同时，由于叶盘结构中的叶片和轮盘的制造方法为单体叶片和盘分别制造，单体叶片在制造过程中其纤维方向未遭到加工破坏，其性能优于纯数控加工的整体叶盘，且对大型锻造设备和数控加工设备要求降低，在批生产时可加快生产速度，避免生产瓶颈的出现。

发明内容

本发明的目的是通过进行合理的叶片锻造毛坯结构设计、叶片基准与焊接面的一体化精密加工、叶片焊接变形焊前预测与焊前预补偿、装配焊接夹具的合理设计、叶片在夹具上焊前精密装配等技术的应用，有效地控制电子束焊接结构整体叶盘焊后精度，降低了研制成本及周期。

本发明提供了一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：焊接结构整体叶盘总体研制过程共分四个阶段：焊接结构单体叶片加工；焊接结构单体盘加工；单体盘加工；叶环焊接机加组合件加工；整体叶盘焊接机加组合件加工；

具体工艺流程如下：

焊接结构单体叶片研制：

叶片毛坯结构确定→叶片锻模设计→叶片毛坯锻造→叶片毛坯检测分组→浇铸低熔点合金→铣加工基准→去除合金→精铣榫头和叶身→腐蚀→荧光→终检

单体盘加工：

盘毛坯锻造→粗车→热处理→精车→精车焊接面→荧光检验→终检

叶环焊接机加组合件加工：

集件→装配→检测→焊接→检测→热处理→检测→修基准→车前后端→最终检验

整体叶盘焊接机加组合件加工：

集件→装配→焊接→检测→热处理→检测→修基准→精铣叶片→精车腹板型面→钻孔→检验→抛光。

为了满足零件装配、焊接精度要求，装配、焊接采用同一套夹具，在夹具结构设计中采取了以下措施：

1)为保证叶片装配后叶环直径尺寸，设计不同厚度的径向调整片，用于叶片装配后径向尺寸调整用。

2)叶尖工艺圆台处配置辅助定位装置，即外环定位支架，保证叶尖定位准确。

3)叶尖圆台部位处外环定位支架的倾斜角度设计应与焊缝倾斜角度一致，保证叶尖定位支架不能阻挡焊缝位置，及外环处应留有足够的电子束通过空间。

4)为了避免夹具及零件的磁性容易造成电子束的偏移，从而造成焊缝质量的不稳定，夹具选材整体不应有磁性。

电子束焊接属于一种熔焊方式，焊接过程中会有一定的焊接收缩量，焊缝的收缩表现在零件圆周上就是零件直径的收缩，同时叶片叶身型面会沿着径向产生偏移。假定每条焊缝的焊接收缩量为△L，叶环焊接时焊缝收缩产生的周向和径向的收缩量可以采用如下公式计算：

L(周向总收缩量)＝△L(每条焊缝收缩量)×cos45°(焊缝角度)×N(焊缝条数)

△R(径向半径收缩量)＝L÷(2π)

为了保证焊后零件收缩后尺寸仍满足工艺要求，叶片叶身型面加工时叶片截面位置需向叶尖方向偏移△R距离。

为了保证叶片顺利装配和装配后的间隙要求，加工叶片时缩严了叶片厚度L公差，并将叶片按L^+0.02、L和L_-0.02三组尺寸加工，保证装配后叶片位置精度和焊缝间隙可调；同时，为了提高焊接表面与装配基准相对位置精度，先进的五坐标加工中心一次装夹完成焊接表面、基准表面及叶身型面加工。

为了便于叶片加工、叶片焊前装配定位及焊后检测，在毛料叶尖部位增加了工艺凸台设计，且使凸台中心线与叶片积叠轴重合；在工艺凸台与叶尖之间增加了加固连接方台，方台上部加工成圆台，用于叶环装配、焊接的角向定位基准，方台下部保持毛坯状态，用于工艺凸台与叶身的连接，增加凸台强度。

本发明的优点：

电子束焊接结构整体叶盘制造技术是对先进航空发动机制造技术的预先研究。鉴于焊接结构整体叶盘在毛坯利用率、铣加工效率、内部组织以及可维修性等方面众多优势，世界先进航空发动机整体叶盘结构正向焊接趋势发展，因此对焊接结构整体叶盘制造技术的预先研究，为整体叶盘技术的进一步发展应用及新一代航空发动机研制奠定了重要的技术基础，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为加固连接方台设计图示；

图2为叶片定位基准面示意图；

图3为叶片装配、焊接夹具；

1.榫头径向定位面；2.榫头轴向定位面；3.榫头角向定位面；4.叶尖角向辅助定位面；5.底座；6.外环定位支架；7.内定位环；8.压紧装置；9.找正装置。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：焊接结构整体叶盘总体研制过程共分四个阶段：焊接结构单体叶片加工；焊接结构单体盘加工；单体盘加工；叶环焊接机加组合件加工；整体叶盘焊接机加组合件加工；

具体工艺流程如下：

焊接结构单体叶片研制：

叶片毛坯结构确定→叶片锻模设计→叶片毛坯锻造→叶片毛坯检测分组→浇铸低熔点合金→铣加工基准→去除合金→精铣榫头和叶身→腐蚀→荧光→终检

单体盘加工：

盘毛坯锻造→粗车→热处理→精车→精车焊接面→荧光检验→终检

叶环焊接机加组合件加工：

集件→装配→检测→焊接→检测→热处理→检测→修基准→车前后端→最终检验

整体叶盘焊接机加组合件加工：

集件→装配→焊接→检测→热处理→检测→修基准→精铣叶片→精车腹板型面→钻孔→检验→抛光。

为了满足零件装配、焊接精度要求，装配、焊接采用同一套夹具，在夹具结构设计中采取了以下措施：

1)为保证叶片装配后叶环直径尺寸，设计不同厚度的径向调整片，用于叶片装配后径向尺寸调整用。

2)叶尖工艺圆台处配置辅助定位装置，即外环定位支架，保证叶尖定位准确。

3)叶尖圆台部位处外环定位支架的倾斜角度设计应与焊缝倾斜角度一致，保证叶尖定位支架不能阻挡焊缝位置，及外环处应留有足够的电子束通过空间。

4)为了避免夹具及零件的磁性容易造成电子束的偏移，从而造成焊缝质量的不稳定，夹具选材整体不应有磁性。

电子束焊接属于一种熔焊方式，焊接过程中会有一定的焊接收缩量，焊缝的收缩表现在零件圆周上就是零件直径的收缩，同时叶片叶身型面会沿着径向产生偏移。假定每条焊缝的焊接收缩量为△L，叶环焊接时焊缝收缩产生的周向和径向的收缩量可以采用如下公式计算：

L(周向总收缩量)＝△L(每条焊缝收缩量)×cos45°(焊缝角度)×N(焊缝条数)

△R(径向半径收缩量)＝L÷(2π)

为了保证焊后零件收缩后尺寸仍满足工艺要求，叶片叶身型面加工时叶片截面位置需向叶尖方向偏移△R距离。

为了保证叶片顺利装配和装配后的间隙要求，加工叶片时缩严了叶片厚度L公差，并将叶片按L^+0.02、L和L_-0.02三组尺寸加工，保证装配后叶片位置精度和焊缝间隙可调；同时，为了提高焊接表面与装配基准相对位置精度，先进的五坐标加工中心一次装夹完成焊接表面、基准表面及叶身型面加工。

为了便于叶片加工、叶片焊前装配定位及焊后检测，在毛料叶尖部位增加了工艺凸台设计，且使凸台中心线与叶片积叠轴重合；在工艺凸台与叶尖之间增加了加固连接方台，方台上部加工成圆台，用于叶环装配、焊接的角向定位基准，方台下部保持毛坯状态，用于工艺凸台与叶身的连接，增加凸台强度。

Claims (5)

1.一种电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：焊接结构整体叶盘总体研制过程共分四个阶段：焊接结构单体叶片加工；焊接结构单体盘加工；单体盘加工；叶环焊接机加组合件加工；整体叶盘焊接机加组合件加工；

具体工艺流程如下：

焊接结构单体叶片研制：

叶片毛坯结构确定→叶片锻模设计→叶片毛坯锻造→叶片毛坯检测分组→浇铸低熔点合金→铣加工基准→去除合金→精铣榫头和叶身→腐蚀→荧光→终检；

单体盘加工：

盘毛坯锻造→粗车→热处理→精车→精车焊接面→荧光检验→终检

叶环焊接机加组合件加工：

集件→装配→检测→焊接→检测→热处理→检测→修基准→车前后端→最终检验；

整体叶盘焊接机加组合件加工：

集件→装配→焊接→检测→热处理→检测→修基准→精铣叶片→精车腹板型面→钻孔→检验→抛光。

2.按照权利要求1所述的电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：为了满足零件装配、焊接精度要求，装配、焊接采用同一套夹具，在夹具结构设计中采取了以下措施：

1)为保证叶片装配后叶环直径尺寸，设计不同厚度的径向调整片，用于叶片装配后径向尺寸调整用。

2)叶尖工艺圆台处配置辅助定位装置，即外环定位支架，保证叶尖定位准确。

3)叶尖圆台部位处外环定位支架的倾斜角度设计应与焊缝倾斜角度一致，保证叶尖定位支架不能阻挡焊缝位置，及外环处应留有足够的电子束通过空间。

4)为了避免夹具及零件的磁性容易造成电子束的偏移，从而造成焊缝质量的不稳定，夹具选材整体不应有磁性。

3.按照权利要求1所述的电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：电子束焊接属于一种熔焊方式，焊接过程中会有一定的焊接收缩量，焊缝的收缩表现在零件圆周上就是零件直径的收缩，同时叶片叶身型面会沿着径向产生偏移。假定每条焊缝的焊接收缩量为△L，叶环焊接时焊缝收缩产生的周向和径向的收缩量可以采用如下公式计算：

L(周向总收缩量)＝△L(每条焊缝收缩量)×cos45°(焊缝角度)×N(焊缝条数)

△R(径向半径收缩量)＝L÷(2π)

为了保证焊后零件收缩后尺寸仍满足工艺要求，叶片叶身型面加工时叶片截面位置需向叶尖方向偏移△R距离。

4.按照权利要求1所述的电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：为了保证叶片顺利装配和装配后的间隙要求，加工叶片时缩严了叶片厚度L公差，并将叶片按L^+0.02、L和L_-0.02三组尺寸加工，保证装配后叶片位置精度和焊缝间隙可调；同时，为了提高焊接表面与装配基准相对位置精度，先进的五坐标加工中心一次装夹完成焊接表面、基准表面及叶身型面加工。

5.按照权利要求1所述的电子束焊接结构叶盘加工精度控制方法，其特征在于：为了便于叶片加工、叶片焊前装配定位及焊后检测，在毛料叶尖部位增加了工艺凸台设计，且使凸台中心线与叶片积叠轴重合；在工艺凸台与叶尖之间增加了加固连接方台，方台上部加工成圆台，用于叶环装配、焊接的角向定位基准，方台下部保持毛坯状态，用于工艺凸台与叶身的连接，增加凸台强度。