CN110732766B - 航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法及装置，采用了与火焰筒外环或火焰筒内环上掺混孔数量一致的插销，分三次、两个不同位置进行定位和检测。本发明解决了火焰筒真空电子束焊接后位置度偏大的问题，使用焊接前控制、焊接后检测的装置，检查焊前对接间隙，以及火焰筒内、外环气膜孔相对位置度，在特定焊接参数进行焊接后检测焊接后火焰筒内、外环气膜孔的位置度。

Description

航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法及装置

技术领域

本发明涉及焊接变形控制领域，特别是针对航空发动机火焰筒焊接气膜孔位置度焊前变形控制及焊后检测的方法和装置。

背景技术

如图1所示，航空发动机的火焰筒内环2、火焰筒外环1采用真空电子束焊接方式分别与头部5焊接形成火焰筒的筒体。焊接后火焰筒内环2及火焰筒外环1上的气膜孔在轴向和角向位置度不超过0.5mm。若不能达到标准，极易造成火焰筒烧蚀、发动机寿命偏低。

目前在焊接变形控制上，主要采用焊接夹具约束其装配位置，但由于结构、材料等方面的限制，仅使用焊接夹具约束装配位置的方案不能完全控制火焰筒的内、外环焊接变形。因此需要结合采用焊前尺寸控制、检查和焊后检测技术，才能准确控制火焰筒气膜孔位置度。

发明内容

本发明旨在提供一种航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法及装置，减小基准误差，保证零件加工的尺寸及位置精度要求。

火焰筒内环及火焰筒外环上的气膜孔数量基本在2000个以上，气膜孔有位置度要求，但是要求全部检测这些气膜孔是非常难的。为此，本发明在火焰筒内环及火焰筒外环上加入了掺混孔，掺混孔数量不多，掺混孔与气膜孔使用数控程序一起加工。只要掺混孔位置正确，那么气膜孔位置就一定正确。于是本发明中通过检测掺混孔，间接的检测气膜孔位置度。

本发明为了解决上述火焰筒真空电子束焊接后位置度偏大的问题，使用一种焊接前控制、焊接后检测的装置。检查焊前对接间隙，以及火焰筒内、外环气膜孔相对位置度。在特定焊接参数进行焊接后检测焊接后火焰筒内、外环气膜孔的位置度。

本发明采用以下技术方案实现：

航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，包括，

在火焰筒外环和火焰筒内环上加工掺混孔；

火焰筒内环与头部真空电子束焊接前，采用多根第一插销沿火焰筒径向贯穿火焰筒内环上的掺混孔定位焊并检查焊缝间隙；

火焰筒外环与头部真空电子束焊接前，采用多根第二插销沿火焰筒径向同时贯穿火焰筒外环、火焰筒内环上的掺混孔定位焊并检查焊缝间隙；

优选的，第二插销的位置与第一插销的位置相同；

火焰筒外环、火焰筒内环分别与头部真空电子束焊接后，采用多根第三插销沿火焰筒径向同时贯穿火焰筒外环、火焰筒内环上的掺混孔，第三插销的位置与第二插销的位置不同；

多根所述第三插销与多根所述第二插销在同一平面内，并且第三插销和第二插销的位置在平面内沿着圆周按照第三插销、第二插销、第三插销的方式交替设置。

航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制装置，包括，

用于支撑火焰筒上涡流器安装平面的基准平面；

沿火焰筒轴线方向压紧火焰筒的压板，所述压板紧贴火焰筒上远离涡流器安装平面的端面；

与火焰筒外环、火焰筒内环上掺混孔孔径匹配的插销，所述插销包括三种类型，三种类型的插销的长度分别满足以下三种情况：第一，可沿火焰筒外环径向插入火焰筒外环掺混孔；第二，可沿火焰筒内环径向插入火焰筒内环掺混孔；第三，沿火焰筒径向贯穿火焰筒外环、火焰筒内环时可同时穿过位于同一条火焰筒径向线上且分别位于火焰筒外环、火焰筒内环上的两个掺混孔。

进一步，航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制装置还包括底座、立柱和支座，

所述支座为一个可拆卸连接在底座上端面的环状件，环状件的侧表面上开有多个用于插销的贯穿孔，贯穿孔的轴向与环状件的径向平行；

所述立柱可拆卸连接在底座上端面且位于支座的内部，立柱的轴线与支座的轴线重合；

所述支座和立柱之间设置有多个涡流器安装定位座，涡流器安装定位座的上端面为基准平面，多个基准平面共面。

进一步，所述底座上开有多个通孔，多个通孔均布在以立柱轴线为中心轴线的圆周上，所述涡流器安装定位座为阶梯圆柱状，涡流器安装定位座的较小截面圆柱段置于通孔内。

进一步，所述贯穿孔的数量等于火焰筒外环或内环上掺混孔的数量。

进一步，所述压板通过螺栓与立柱上端的螺纹孔连接。

采用上述真空电子束焊接变形控制装置的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，包括，

步骤一，对火焰筒内环和头部进行定位焊，定位焊时采用真空电子束焊接变形控制装置上涡流器安装定位座上端的基准平面定位头部的涡流器安装面，采用压板压紧火焰筒内环的一端，使用多根插销沿贯穿孔插入火焰筒内环上的气膜孔，并检测火焰筒内环与头部之间对接焊缝的间隙，满足要求后实施真空电子束焊接；

步骤二，对火焰筒外环和头部进行定位焊，定位焊时采用真空电子束焊接变形控制装置上涡流器安装定位座上端的基准平面定位头部的涡流器安装面，采用压板同时压紧火焰筒外环和火焰筒内环的一端，使用多根插销沿贯穿孔同时插入火焰筒外环、火焰筒内环上的掺混孔，且贯穿孔的位置与步骤一中的贯穿孔位置相同，并检测火焰筒外环与头部之间对接焊缝的间隙，满足要求后实施真空电子束焊接；

步骤三，完成火焰筒外环、火焰筒内环和头部之间的真空电子束焊接后，在真空电子束焊接变形控制装置上进行检测，采用涡流器安装定位座上端的基准平面定位头部的涡流器安装面，采用压板同时压紧火焰筒外环和火焰筒内环的一端，使用多根插销沿贯穿孔同时插入火焰筒外环、火焰筒内环上的掺混孔。

优选的，所述步骤三中，贯穿孔的位置与步骤一、步骤二中的贯穿孔位置不同。

进一步，所述步骤一之前，在加工火焰筒外环和火焰筒内环时，为真空电子束焊接预留焊接收缩余量，该收缩余量沿火焰筒外环和火焰筒内环轴线方向。

进一步，所述步骤一和步骤二中定位焊采用氩弧焊，火焰筒外环与头部之间以及火焰筒内环与头部之间的间隙检测采用塞尺。

与现有技术相比，本发明的控制方法包括了焊接前的定位和焊接后的检测，该焊接和检测方法适用于火焰筒的真空电子束焊接。应用本发明的技术方方案比传统的控制变形手段更能有效的解决火焰筒真空电子束焊接后内环、外环气膜孔位置度偏差大，内、外环出口处同轴度差的问题。进一步，本发明的装置和方法极大的提高火焰筒焊接后制造符合性的检测效率。

附图说明

图1为火焰筒内环、外环位置度检测装置主视图；

图2为火焰筒内环、外环位置度检测装置俯视图；

图中：1-火焰筒外环；2-火焰筒内环；3-涡流器安装定位座；4-插销；5-头部；6-压块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

本发明的变形控制装置使用方法首先将火焰筒头部5与火焰筒内环2装夹至本装置中，插入12个“焊接前”标记的插销4进行定位焊接，接着进行真空电子束焊。再将前述步骤中焊接完成的零件再次装夹至本装置中，装入火焰筒外环1，再次使用12个“焊接前”插销4插入掺混孔中进行氩弧焊定位，接着进行真空电子束焊接。真空电子束焊接完成后，将整个火焰筒放入本装置使用12个“焊接后”插销4进行检测。

如图1，掺混孔共24处，48个，火焰筒外环1和火焰筒内环2上各24个，按照以火焰筒轴线为中心心的圆周均布。本发明采用了与火焰筒外环1或火焰筒内环2上掺混孔数量一致的插销，分三次、两个不同位置进行定位和检测。如图2所示，图中的文字注释“焊接前”和“焊接后”分别对应焊接前、焊接后的24个插销4的插入位置。火焰筒内环2与头部5定位焊时将零件装入变形控制装置，并按图1中的装夹方式，将火焰筒涡流器安装面置于检测装置的基准平面上，使用压块6通过螺母压紧火焰筒内环2，使用插销4沿“焊接前”位置插入火焰筒内环2掺混孔定位焊。火焰筒外环1与头部定位焊时再次使用插销4沿“焊接前”位置分别插入火焰筒内环2、火焰筒外环1定位焊。焊接后按图1的装夹方式再次检测气膜孔位置度，此时应将插销4插入“焊接后”位置。

如图1，航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制装置包括底座、立柱、支座、用于支撑火焰筒上涡流器安装平面的基准平面、沿火焰筒轴线方向压紧火焰筒的压板6、与火焰筒外环1、火焰筒内环2上掺混孔孔径匹配的插销4。

其中，压板6通过螺栓与立柱上端的螺纹孔连接，使用时压板6紧贴火焰筒上远离涡流器安装平面的端面，插销4有三种长度，既能满足插入外环掺混孔，也能满足插入内环掺混孔，还要能满足沿火焰筒径向贯穿火焰筒外环1、火焰筒内环2时可同时穿过位于同一条火焰筒径向线上且分别位于火焰筒外环1、火焰筒内环2上的两个掺混孔，支座为一个可拆卸连接在底座上端面的环状件，环状件的侧表面上开有24个用于插销4的贯穿孔，贯穿孔的轴向与环状件的径向平行，贯穿孔的位置位于火焰筒外环1和火焰筒内环2上同一径向位置的两个掺混孔的连线的延长线上，数量与火焰筒外环1或火焰筒内环2上掺混孔的数量相同，都是24个；立柱通过螺栓可拆卸连接在底座上端面且位于支座的内部，立柱的轴线与支座的轴线重合，支座和立柱之间设置有3个涡流器安装定位座3，涡流器安装定位座3的上端面为基准平面，3个基准平面共面。底座上开有3个通孔，3个通孔均布在以立柱轴线为中心轴线的圆周上，涡流器安装定位座3为阶梯圆柱状，涡流器安装定位座3的较小截面圆柱段置于通孔内，插销4为阶梯状圆柱杆件。

火焰筒焊接时，按照下述步骤执行：

步骤1、在火焰筒内环2、火焰筒外环1的加工过程中，按设定的电子束焊接参数预留0.3mm收缩余量。真空电子束焊接火焰筒内环2和头部5前，使用本发明的变形控制装置装夹火焰筒内环2和头部5，使头部5上的涡流器安装面置于检测装置的基准平面上，使用压块6通过螺母压紧火焰筒内环2组件。在本发明的变形控制装置上进行氩弧焊定位，定位使用插销4（共12个）按照图2中的“焊接前”位置插入火焰筒内环2的掺混孔中，即表示氩弧焊定位误差在可接受范围，利用塞尺检测火焰筒内环对接焊缝处间隙不大于0.15mm，满足要求后可进行真空电子束焊接。

步骤2、火焰筒外环1和头部5氩弧焊定位焊接前，使用本发明的变形控制装置装夹火焰筒内环组件（已经按照步骤1焊好的火焰筒内环2和头部5）和火焰筒外环1，然后在变形控制装置上进行氩弧焊定位。确保插销4（共12个）沿“焊接前”位置能同时顺利通过火焰筒外环1、火焰筒内环2上的掺混孔，使用塞尺检查火焰筒外环1对接焊缝处的对接间隙，不允许大于0.15mm。满足要求后可进行真空电子束焊接。

步骤3、电子束焊完成后，再次使用本发明的变形控制装置。插销4（共12个）沿图2中“焊接后”位置插入，若插销4能顺利插入火焰筒外环1、火焰筒内环2掺混孔，则火焰筒外环1、火焰筒内环2气膜孔满足设计要求的位置度和同轴度。

Claims (7)

1.航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：

采用的焊接变形控制装置包括，

用于支撑火焰筒上涡流器安装平面的基准平面；

沿火焰筒轴线方向压紧火焰筒的压板(6)，所述压板(6)紧贴火焰筒上远离涡流器安装平面的端面；

与火焰筒外环(1)、火焰筒内环(2)上掺混孔孔径匹配的插销(4)；

还包括底座、立柱和支座，

所述支座为一个可拆卸连接在底座上端面的环状件，环状件的侧表面上开有多个用于插销(4)的贯穿孔，贯穿孔的轴向与环状件的径向平行；

所述立柱可拆卸连接在底座上端面且位于支座的内部，立柱的轴线与支座的轴线重合；

所述支座和立柱之间设置有多个涡流器安装定位座(3)，涡流器安装定位座(3)的上端面为基准平面，多个基准平面共面；

焊接变形控制方法包括，

步骤一，对火焰筒内环(2)和头部(5)进行定位焊，定位焊时采用真空电子束焊接变形控制装置上涡流器安装定位座(3)上端的基准平面定位头部(5)的涡流器安装面，采用压板(6)压紧火焰筒内环(2)的一端，使用多根插销(4)沿贯穿孔插入火焰筒内环(2)上的掺混孔，并检测火焰筒内环(2)与头部(5)之间对接焊缝的间隙，满足要求后实施真空电子束焊接；

步骤二，对火焰筒外环(1)和头部(5)进行定位焊，定位焊时采用真空电子束焊接变形控制装置上涡流器安装定位座(3)上端的基准平面定位头部(5)的涡流器安装面，采用压板(6)同时压紧火焰筒外环(1)和火焰筒内环(2)的一端，使用多根插销(4)沿贯穿孔同时插入火焰筒外环(1)、火焰筒内环(2)上的掺混孔，且贯穿孔的位置与步骤一中的贯穿孔位置相同，并检测火焰筒外环(1)与头部(5)之间对接焊缝的间隙，满足要求后实施真空电子束焊接；

步骤三，完成火焰筒外环(1)、火焰筒内环(2)和头部(5)之间的真空电子束焊接后，在真空电子束焊接变形控制装置上进行检测，采用涡流器安装定位座(3)上端的基准平面定位头部(5)的涡流器安装面，采用压板(6)同时压紧火焰筒外环(1)和火焰筒内环(2)的一端，使用多根插销(4)沿贯穿孔同时插入火焰筒外环(1)、火焰筒内环(2)上的掺混孔。

2.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述步骤三中，贯穿孔的位置与步骤一、步骤二中的贯穿孔位置不同。

3.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述步骤一之前，在加工火焰筒外环(1)和火焰筒内环(2)时，为真空电子束焊接预留焊接收缩余量，该收缩余量沿火焰筒外环(1)和火焰筒内环(2)轴线方向。

4.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中定位焊采用氩弧焊，火焰筒外环(1)与头部(5)之间以及火焰筒内环(2)与头部(5)之间的间隙检测采用塞尺。

5.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述底座上开有多个通孔，多个通孔均布在以立柱轴线为中心轴线的圆周上，所述涡流器安装定位座(3)为阶梯圆柱状，涡流器安装定位座(3)的较小截面圆柱段置于通孔内。

6.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述贯穿孔的数量等于火焰筒外环或内环上掺混孔的数量。

7.根据权利要求1所述的航空发动机火焰筒真空电子束焊接变形控制方法，其特征在于：所述压板(6)通过螺栓与立柱上端的螺纹孔连接。

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