CN110977132A - 一种多层套管结构的焊接结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多层套管结构的焊接结构及方法，属于航空发动机或燃气轮机配套设备的技术领域，根据多层套管的结构特征，设计两侧相焊部位的焊接坡口，该焊接坡口同时还具有装配定位功能，以保证各层套管之间的同心度；焊接坡口加工完成后将内套管与一侧定位结构件装配，采用电子束焊接方法完成焊接，在同一侧装配外套管，采用电子束焊接方法完成焊接；再将两层套管与另一侧定位结构件同时进行装配，该侧内套管焊接采用电子束焊接方法穿过一定厚度进行焊接，该侧外套管采用电子束焊接方法完成焊接，以达到实现多层套管结构的高质量焊接，满足设计要求的目的。

Description

一种多层套管结构的焊接结构及方法

技术领域

本发明属于航空发动机或燃气轮机配套设备的技术领域，涉及航空发动机或燃气轮机相关部件的多层套管结构焊接，具体而言，涉及一种多层套管结构的焊接结构及方法。

背景技术

航空发动机或燃气轮机的部分高温段部件存在多层套管结构，每层套管内存在不同的介质流动，每一层套管需要严格密封并有一定的强度满足使用要求。某些情况下无法通过加工或铸造方式完成制造，只能采用焊接结构，一般采用钎焊的方式完成多层套管结构的焊接，但是钎焊过程对母材的性能存在一定的影响，且钎焊的强度远低于母材强度难以满足产品使用要求。

发明内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种多层套管结构的焊接结构及方法以达到实现多层套管结构的高质量焊接，满足设计要求的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种多层套管结构的焊接结构，包括多层套管，还包括分别位于多层套管两侧的定位结构件，所述定位结构件上设有与各层所述套管相匹配的焊接坡口，各个焊接坡口之间呈同心设置，各层所述套管的端部分别与各个焊接坡口之间对齐定位并通过焊接连接。

进一步地，所述多层套管由内套管和套于内套管外部的外套管构成。

进一步地，位于多层套管两侧的定位结构件分别为左定位结构件和右定位结构，该左定位结构件设有呈同心设置的第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起分别与内套管和外套管相匹配；该右定位结构包括环形槽口和位于该环形槽口外部的第三环形凸起，环形槽口和第三环形凸起分别与内套管和外套管相匹配，采用上述结构设计左定位结构件和右定位结构件能够实现在焊接过程中工艺简单、质量稳定。

进一步地，各所述焊接坡口为环形凸起和环形槽口中的一种或两种的组合，以实现对各层套管进行辅助定位并同时形成焊接所需的焊接面。

本发明还公开了一种多层套管结构的焊接方法，该方法包括以下：

(1)在多层套管的两侧布置定位结构件，在定位结构件上设计焊接坡口尺寸；

(2)根据焊接坡口尺寸在各个定位结构件上加工多个呈同心设置的焊接坡口；

(3)按各层套管的排布由内向外的顺序，在一侧的定位结构件上分别将各层套管的端部进行装配和焊接；

(4)将另一侧的定位结构件装配至各层套管的另一端部，并依次焊接各层套管且焊接顺序按各层套管的排布由内向外。

进一步地，所述步骤(3)和步骤(4)在对各层套管的端部装配之前，对各层套管的端部和所对应的焊接坡口进行清洁处理，以保证后续进行焊接连接的高质量。

进一步地，所述步骤(3)和步骤(4)中对各层套管的端部与所对应的焊接坡口之间的装配精度为：装配间隙≤5％套管厚度，装配错边≤5％套管厚度，以保证内套管、外套管之间的同心度误差以及装配误差在合理范围之内。

进一步地，所述焊接采用电子束焊接设备，由于焊缝是采用电子束自熔形成，焊缝强度与母材相当。

进一步地，还包括在各层套管进行焊接之后，检查焊缝的焊缝成型状态并对焊缝进行无损检查，以确保焊接是否满足设计要求。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所公开的多层套管结构的焊接结构，根据套管结构尺寸设计不同的焊接坡口尺寸以满足设计要求，以对各层套管的焊接提供辅助定位，同时，由于不同的焊接坡口结构设计不同，可实现对多层套管结构的高质量焊接，以满足航空发动机或燃气轮机的部分高温段多层套管结构焊接需求。

2.采用本发明所公开的多层套管结构的焊接方法，根据套管结构尺寸设计不同的焊接坡口尺寸，对多层套管进行焊接时，优化各层套管的焊接顺序，可实现多层套管结构的高质量焊接，在满足设计要求的同时，具备工艺简单、质量稳定以及易于实现的优点。

附图说明

图1是本发明提供的多层套管结构的焊接结构的整体结构示意图；

附图中标注如下：

1-右定位结构件，2-焊缝Ⅳ，3-外套管，4-内套管，5-焊缝Ⅱ，6-左定位结构件，7-焊缝Ⅲ，8-焊缝Ⅰ。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种多层套管结构的焊接结构，包括多层套管，在本实施例中，所述多层套管由内套管4和套于内套管4外部的外套管3构成，事实上，多层套管也要可能为三层、四层等，此处以双层套管为例说明。

还包括分别位于双层套管两侧的定位结构件，在所述定位结构件上设有与各层所述套管相匹配的焊接坡口，焊接坡口一方面能够对各层套管起到辅助定位的作用，另一方面能够使各层套管与定位结构件之间形成焊接面，以配合电子束焊接设备进行焊接。各个焊接坡口之间呈同心设置，各层所述套管的端部分别与各个焊接坡口之间对齐定位并通过焊接连接，由于各个焊接坡口之间呈同心设置，在内套管4和外套管3根据焊接坡口进行装配定位之后，能够实现内套管4与外套管3之间具体良好的同心度。

令两侧的定位结构件分别为左定位结构件6和右定位结构件1，该左定位结构件6设有呈同心设置的第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起分别与内套管4和外套管3相匹配，第一环形凸起和第二环形凸起的厚度分别与内套管4和外套管3的厚度相同；为进一步降低对内套管4和外套管3的焊接难度，第一环形凸起的高度相较于第二环形凸起的高度大，以保证当内套管4进行焊接之后，外套管3与左定位结构之间的焊接面仍然是裸露在外界。

该右定位结构包括环形槽口和位于该环形槽口外部的第三环形凸起，环形槽口和第三环形凸起分别与内套管4和外套管3相匹配，即环形槽口的尺寸与内套管4的厚度相匹配，而第三环形凸起的一侧侧面应当与外套管3的内侧壁相平齐。之所以在右定位结构设置环形槽口和第三环形凸起，当右定位结构与双层套管之间装配定位时，在环形槽口与内套管4的配合下，能够对右定位结构进行快速定位，以保证第三环形凸起与外套管3之间装配对齐。

实施例2

基于实施例1中所提供的多层套管结构的焊接结构，在本实施例中，还公开了一种多层套管结构的焊接方法，该方法包括以下：

(1)在多层套管的两侧分别布置左定位结构件6和右定位结构件1，根据多层套管的结构特征分别在左定位结构件6和右定位结构件1上设计焊接坡口尺寸；

(2)根据焊接坡口尺寸在各个定位结构件上加工多个呈同心设置的焊接坡口；由于本方法以实施例1中的层套管结构的焊接结构为例，则在左定位结构件6上加工第一环形凸起和第二环形凸起，在右定位结构上加工环形槽口和第三环形凸起；

(3)清洗干净内套管4的端部和第一环形凸起的焊接面，即内套管4与第一环形凸起之间的焊缝Ⅰ；

(4)将内套管4与第一环形凸起进行装配对齐，保证装配间隙≤5％套管厚度和装配错边≤5％套管厚度；

(5)采用电子束焊接设备焊接焊缝Ⅰ；

(6)检查内套管4与第一环形凸起之间焊缝成型，并对焊缝Ⅰ进行无损检查；

(7)清洗干净外套管3的端部和第二环形凸起的焊接面，即外套管3与第二环形凸起之间的焊缝Ⅱ；

(8)将外套管3与第二环形凸起进行装配，保证装配间隙≤5％套管厚度和装配错边≤5％套管厚度；

(9)采用电子束焊接设备焊接焊缝Ⅱ；

(10)检查外套管3与第二环形凸起之间焊缝成型，并对焊缝Ⅱ进行无损检查；

(11)清洗干净内套管4、外套管3的另一端部，清洗干净右定位结构件1上的环形槽口和第三环形凸起；

(12)将内套管4、外套管3同时与右定位结构件1进行装配，保证装配间隙≤5％套管厚度和装配错边≤5％套管厚度，具体的，由于第一环形凸起相较于第二环形凸起高，当内套管4、外套管3均焊接在左定位结构件6上时，内套管4相较于外套管3伸出更多，此时，在与右定位结构件1进行装配时，内套管4则会先伸入至环形槽口内，并通过环形槽口进行定位和限位，随之，第三环形凸起与外套管3之间也会装配对齐；

(13)采用电子束焊接设备焊接焊缝Ⅲ，在对焊缝Ⅲ进行焊接时，利用电子束焊接设备的高能束直接穿过一定厚度母材实现焊接；

(14)采用电子束焊接设备焊接焊缝Ⅳ；

(15)检查焊缝Ⅲ、焊缝Ⅳ的焊缝成型，并对焊缝Ⅲ、焊缝Ⅳ进行无损检查。

在本实施例中由于焊缝是采用电子束自熔形成，焊缝强度与母材相当，焊接过程热输入小，焊接变形小，可实现多层套管结构的高质量焊接，满足设计要求的同时，具有工艺简单、质量稳定以及易于实现的特点。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多层套管结构的焊接结构，包括多层套管，其特征在于，还包括分别位于多层套管两侧的定位结构件，所述定位结构件上设有与各层所述套管相匹配的焊接坡口，各个焊接坡口之间呈同心设置，各层所述套管的端部分别与各个焊接坡口之间对齐定位并通过焊接连接。

2.根据权利要求1所述的多层套管结构的焊接结构，其特征在于，所述多层套管由内套管和套于内套管外部的外套管构成。

3.根据权利要求1所述的多层套管结构的焊接结构，其特征在于，位于多层套管两侧的定位结构件分别为左定位结构件和右定位结构，该左定位结构件设有呈同心设置的第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起分别与内套管和外套管相匹配；该右定位结构包括环形槽口和位于该环形槽口外部的第三环形凸起，环形槽口和第三环形凸起分别与内套管和外套管相匹配。

4.根据权利要求1所述的多层套管结构的焊接结构，其特征在于，各所述焊接坡口为环形凸起和环形槽口中的一种或两种的组合。

5.一种多层套管结构的焊接方法，其特征在于，该方法包括以下：

(1)在多层套管的两侧布置定位结构件，在定位结构件上设计焊接坡口尺寸；

(2)根据焊接坡口尺寸在各个定位结构件上加工多个呈同心设置的焊接坡口；

(3)按各层套管的排布由内向外的顺序，在一侧的定位结构件上分别将各层套管的端部进行装配和焊接；

(4)将另一侧的定位结构件装配至各层套管的另一端部，并依次焊接各层套管且焊接顺序按各层套管的排布由内向外。

6.根据权利要求5所述的多层套管结构的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)在对各层套管的端部装配之前，对各层套管的端部和所对应的焊接坡口进行清洁处理。

7.根据权利要求5所述的多层套管结构的焊接方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)中对各层套管的端部与所对应的焊接坡口之间的装配精度为：装配间隙≤5％套管厚度，装配错边≤5％套管厚度。

8.根据权利要求5所述的多层套管结构的焊接方法，其特征在于，所述焊接采用电子束焊接设备，由于焊缝是采用电子束自熔形成，焊缝强度与母材相当。

9.根据权利要求5所述的多层套管结构的焊接方法，其特征在于，还包括在各层套管进行焊接之后，检查焊缝的焊缝成型状态并对焊缝进行无损检查。

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