CN112091393B - 燃气轮机环形薄壁钣金件的装配焊接方法和焊接电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配焊接方法和焊接电极，焊接电极分为形状不同的上电极和下电极，装配焊接时，先将多个扩压箱点焊连接，然后再把扩压箱分别与第一加强环和第二加强环焊接形成整体，接着把扩压箱、第一加强环和第二加强环整体装入内、外环的环形通道中，分别焊接第一加强环与内环，第二加强环与外环，最后完成所有扩压箱与内环、外环的点焊连接。本发明的焊接顺序确保了多个组件之间的焊接无干涉，焊接质量稳定，不同的焊接电极用于不同的焊接位置，实现了环形钣金组合件在狭小空间的焊接。

Description

燃气轮机环形薄壁钣金件的装配焊接方法和焊接电极

技术领域

本发明属于焊接和装配技术领域，具体涉及一种环形钣金焊接组合件上狭小空间复杂结构的装配、焊接方法和专用焊接电极。

背景技术

如图1、图2所示，在加工燃气轮机的关键组件过程中，需要在其内外层组成的薄壁环形空间中装配若干扩压箱腔体结构，其装配连接方法为电阻点焊。该型零件属于典型大直径钣金焊接组合件，直径超过650mm，两头宽度差异大，结构复杂，焊接工艺操作可达性极差，如何进行有效焊接加工一直是研制过程中的关键技术瓶颈。由于零件为双层钣金结构，在其小头端(小外径端)装配点焊复杂结构的操作空间极小，其中最小操作空间不超过15mm，常规电阻焊的点焊电极无法实现该型零件的操作。

根据零件示意图，该零件狭小结构的装配由7类电阻点焊焊缝实现，具体为：

焊缝1：单组扩压箱5之间的组合连接；

焊缝2：若干扩压箱5与第二加强环2之间的组合连接；

焊缝3：若干扩压箱5与第一加强环1之间的组合连接；

焊缝4：第一加强环1与内环3之间的连接；

焊缝5，第二加强环2与外环4之间的连接；

焊缝6：若干扩压箱5与内环3之间的连接；

焊缝7：若干扩压箱5与外环4之间的连接。

狭小复杂结构的加工和装配焊接尚无成熟加工工艺装备和工艺思路，因此设计一套适用于该型零件加工的焊接电极和加工工艺方法极为迫切。

发明内容

本发明旨在为类似燃气轮机环形薄壁钣金件的装配和焊接提供一套焊接电极和相应的装配、焊接方法，解决环形钣金焊接组合件上狭小空间复杂结构的装配、焊接问题，合理有效的进行点焊连接和装配。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种燃气轮机环形薄壁钣金件的焊接电极，包括，

上电极，所述上电极为包含两个不同外径的台阶状圆柱体，外径较小的圆柱体的自由端呈圆锥状，外径较大的圆柱体周向表面上开有一对短槽和一对长槽，外径较大的圆柱体自由端端面开有一条与圆柱体同轴的盲孔；

下电极，所述下电极包括圆柱段，圆柱段的端面上且垂直于圆柱段的轴线方向设置有第一电极延伸支臂，第一电极延伸支臂的末端设置有第二延伸支臂，第二延伸支臂上表面有一个轴线平行于圆柱段轴线的凸起。

优选的，所述第一电极延伸支臂的截面由圆柱段指向第二电极延伸支臂方向逐渐变大，第二电极延伸支臂的截面由第一电极支臂指向凸起方向逐渐缩小。

优选的，所述上电极和下电极的电极材料为铬锆铜。

一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，包括外环、内环、扩压箱、第一加强环和第二加强环的装配和焊接，具体包括下述步骤，

步骤1，装配单个扩压箱，并将装配好的多个扩压箱按照最终设计要求位置装配，相邻两个扩压箱之间点焊连接；

步骤2，将步骤1中多个点焊完成的扩压箱分别与第一加强环和第二加强环连接，通过点焊的方式使得多个扩压箱在第一加强环和第二加强环之间的环体区域内沿着周向均布；

步骤3，将步骤2中形成一体的扩压箱、第一加强环和第二加强环整体装入外环、内环形成的内部环形通道中，然后分别点焊连接第一加强环和内环以及第二加强环和外环；

步骤4，完成多个扩压箱与内环、外环之间的点焊连接。

优选的，采用不同的电极完成步骤1～步骤4中点焊连接。

优选的，所述步骤3中，当形成一体的扩压箱、第一加强环和第二加强环整体装入外环、内环形成的内部环形通道中后，钣金校正第一加强环和第二加强环的轴向间隙。

优选的，所述步骤1中，采用前述下电极点焊相邻的两个扩压箱。

优选的，所述步骤2中，采用前述下电极点焊第二加强环与扩压器，采用前述上电极点焊第一加强环与扩压器。

优选的，所述步骤3中，采用前述下电极点焊第一加强环和内环，采用前述上电极点焊第二加强环和外环。

优选的，所述步骤4中，采用权前述下电极点焊扩压箱和内环，采用前述上电极点焊扩压箱和外环。

与现有装配和焊接技术相比，本发明具备以下优势：

(1)自制电阻点焊焊接电极，可达性好，结构简单，制造成本低，有效实用，能够实现该型零件狭小空间结构的焊接，无干涉情况，焊接质量稳定。

(2)优化了加工过程，稳定装配质量，提高加工效率。先将单组扩压箱进行点焊固定，提高了单组扩压箱组合后的刚性，有利于后续加强环的装配以及在内、外环通道中的装配加工，校正工作量大大减小，装配一致性提高，大幅缩短加工周期。先将第一加强环与扩压箱进行焊接(即焊缝3)，避免了先焊接焊缝4而导致焊缝3形成封闭空间，无法实现焊接造成的损失。

(3)减少了返工返修情况。使用该装配和焊接方法后，装配焊接质量稳定，零件变形量小，后续装配干涉情况得到有效解决，无返工返修情况。

附图说明

图1是燃气轮机薄壁结构的局部简图；

图2是燃气轮机薄壁结构的局部剖视简图；

图3是单组扩压箱装配简图；

图4是第一加强环、第二加强环与扩压箱装配简图；

图5是专用焊接下电极简图；

图6是专用焊接上电极简图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明的技术构思和实现作进一步说明。

本实施例中设计了一种环形钣金焊接组合件上狭小空间复杂结构的专用焊接电极和装配、焊接方法：

(1)设计依据：根据零件实际空间结构和设计加工要求，自主设计制造了一套电阻点焊电极装置，并根据电极合理安排装配工艺；

(2)技术方案：根据图1、图2所示，结合实际空间尺寸和焊接方法，配合自主设计制造的一套专用电阻点焊焊接电极装置，使其能够同时满足焊缝1、焊缝2、焊缝3、焊缝4、焊缝5、焊缝6、焊缝7的焊接加工，尤其是焊缝1、焊缝2、焊缝5、焊缝6、焊缝7的焊接，保证电极可达性好且能够实现该型狭小结构空间的焊接，同时具备良好的强度要求。制定合理的装配加工工艺，即先实现单组扩压箱5之间的点焊连接，然后用第一加强环1和第二加强环2通过点焊将若干组扩压箱5连接为一个环形均布的结构，再将该环形结构塞入内环3、外环4之间的狭小通道中，通过点焊加强环、扩压箱5实现与内环3、外环4之间的连接。

按照上述思路的具体实施方案如下：

(1)专用点焊电极的设计：

根据零件的特点及实际尺寸要求，设计制造了一套电阻点焊焊接电极，分为上电极和下电极。上电极和下电极设计的依据是零件最狭窄焊接位置的空间尺寸及可达深度，电极形状的设计思路是保证焊接电极的刚度和可达性，同时保证通冷却水和方便与电阻焊机接口的装配，确保焊接过程稳定性好。

上电极为包含两个不同外径的台阶状圆柱体，外径较小的圆柱体的自由端呈圆锥状，外径较大的圆柱体周向表面上开有一对短槽和一对长槽，外径较大的圆柱体自由端端面开有一条与圆柱体同轴的盲孔；

下电极包括圆柱段，圆柱段的端面上且垂直于圆柱段的轴线方向设置有第一电极延伸支臂，第一电极延伸支臂的末端设置有第二延伸支臂，第二延伸支臂上表面有一个轴线平行于圆柱段轴线的凸起。

作为一种选择，下电极在设计时，第一电极延伸支臂呈梯形，其截面由圆柱段指向第二电极延伸支臂方向逐渐变大，且包括一条减重孔，第二电极延伸支臂呈梯形，其截面由第一电极支臂指向凸起方向逐渐缩小。

上电极如图6所示，A-A视图中两侧面的槽组要作用是与电焊机上电极装配，防止焊接时旋转，增加电极固定的稳定性，同时还具有流通引导冷却水的作用。上下侧面的槽主要是在电极圆周表面形成两个平行的平面，方便装配夹持和拆装，为电极装配到电焊机上提供夹紧固定条件。下电极具体形状和尺寸见图5所示，采用梯形主要是增加下电极的可达长度和刚度，提高焊接过程抗变形的能力。梯形增加了结构的外形尺寸，提高了电极的刚度。电极水平空间上的长度大于150mm，最小可到空间为6～9mm，能够满足该型狭小结构空间的点焊焊接，电极材料为铬锆铜，该材料导电性能优良其具备良好的刚性，下电极能够满足上电极在设备上的装配要求，能直接装在焊机上电极位置代替上电极的作用，以实现更极端小孔空间结构的电阻点焊焊接。

(2)狭小结构装配、焊接方法：

1)如图1和图3所示，按照单组扩压箱5要求，将单组扩压箱5装配在一起，使用两个专用下电极进行相邻两个扩压箱5之间的点焊连接，保证端面和弧形一致。

2)如图4所示，使用加强环(包括第一加强环1和第二加强环2)将若干组扩压箱5通过点焊连接起来，保证扩压箱5在加强环圆周上的均布，保证轴向尺寸H1、H2，使用一个专用下电极和一个专用焊接上电极实现焊缝2、焊缝3的点焊焊接。

3)如图2所示，将带加强环(包括第一加强环1和第二加强环2)的扩压箱5结构从由内环3、外环4组成的通道大端塞入其环形通道中，钣金校正保证加强环装配的轴向和间隙均匀性，使用一个专用下电极和一个专用焊接上电极实现第一加强环1和内环3、第二加强环2和外环4之间的点焊焊接连接，即焊缝4、焊缝5的加工。从而将若干组扩压箱5固定在内、外环的狭小空间中，为后续扩压箱5与内环3、外环4的装配焊接加工奠定良好技术基础。

4)使用一个专用下电极和一个专用焊接上电极实现所有扩压箱5与内环3、外环4之间的点焊焊接。

以上是本发明的实施方式之一，对于本领域的一般技术人员在上述实施案例的基础上可以做出多种变化，同样能够实现本发明的目的，但是，这种变化显然应该在本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃气轮机环形薄壁钣金件的焊接电极，其特征在于：包括，

上电极，所述上电极为包含两个不同外径的台阶状圆柱体，外径较小的圆柱体的自由端呈圆锥状，外径较大的圆柱体周向表面上开有一对短槽和一对长槽，外径较大的圆柱体自由端端面开有一条与圆柱体同轴的盲孔；

下电极，所述下电极包括圆柱段，圆柱段的端面上且垂直于圆柱段的轴线方向设置有第一电极延伸支臂，第一电极延伸支臂的末端设置有第二延伸支臂，第二延伸支臂上表面有一个轴线平行于圆柱段轴线的凸起；

所述第一电极延伸支臂的截面由圆柱段指向第二电极延伸支臂方向逐渐变大，第二电极延伸支臂的截面由第一电极支臂指向凸起方向逐渐缩小；

所述上电极和下电极的电极材料为铬锆铜。

2.一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，包括外环、内环、扩压箱、第一加强环和第二加强环的装配和焊接，其特征在于：包括，

步骤1，装配单个扩压箱，并将装配好的多个扩压箱按照最终设计要求位置装配，相邻两个扩压箱之间点焊连接；

步骤2，将步骤1中多个点焊完成的扩压箱分别与第一加强环和第二加强环连接，通过点焊的方式使得多个扩压箱在第一加强环和第二加强环之间的环体区域内沿着周向均布；

步骤3，将步骤2中形成一体的扩压箱、第一加强环和第二加强环整体装入外环、内环形成的内部环形通道中，然后分别点焊连接第一加强环和内环以及第二加强环和外环；

步骤4，完成多个扩压箱与内环、外环之间的点焊连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：采用不同的电极完成步骤1～步骤4中点焊连接。

4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：所述步骤3中，当形成一体的扩压箱、第一加强环和第二加强环整体装入外环、内环形成的内部环形通道中后，钣金校正第一加强环和第二加强环的轴向间隙。

5.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：所述步骤1中，采用权利要求1中的下电极点焊相邻的两个扩压箱。

6.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：所述步骤2中，采用权利要求1中的下电极点焊第二加强环与扩压器，采用权利要求1中的上电极点焊第一加强环与扩压器。

7.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：所述步骤3中，采用权利要求1中的下电极点焊第一加强环和内环，采用权利要求1中的上电极点焊第二加强环和外环。

8.根据权利要求2所述的一种燃气轮机环形薄壁钣金件的装配、焊接方法，其特征在于：所述步骤4中，采用权利要求1中的下电极点焊扩压箱和内环，采用权利要求1中的上电极点焊扩压箱和外环。

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