CN113857640B - 一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，在实施过程中通过筛选过盈配合的零件尺寸，有效的避免了零件进行热装和冷装时抱死情况的出现，并对套装与焊接的工艺参数进行了优化调整，实现了对航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法的改进与革新，提高了航空发动机内隔热筒与外隔热筒的焊接质量，能够很好的保证一次焊接的合格率，极大的降低了补焊对产品性能的影响。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机制造技术领域，具体涉及一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法。
背景技术
某航空发动机的隔热筒是由内隔热筒、外隔热筒套装一起后电子束焊接而成。外隔热筒是典型的薄壁筒状零件，其内径Φ103.7，长度602，壁厚1。内隔热筒也是典型的薄壁筒状结构，其内径Φ98，长度768，壁厚0.8。装配过盈由于零件都是薄壁结构，而且装配过盈大、装配长度大。在零件进行热装和冷装时容易出现抱死情况，一旦出现抱死就难以分解，从而导致零件报废情况出现。隔热筒上共有5条焊缝，每条焊缝长度约为220mm，焊缝等级为Ⅱ级，需100％进行X射线检查。由于焊缝结构为搭接的非穿透焊接形式，焊缝处易产生气孔及钉尖等缺陷，补焊时会产生加大的变形，影响产品性能，因此必须保证较高的一次焊接合格率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，该用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法通过
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，包括以下步骤：
步骤一，在内隔热筒与外隔热筒的成品库中分别选取一件内隔热筒与外隔热筒，用砂纸将内隔热筒的加强筋与外隔热筒内壁表面打磨干净；步骤二，分别选取外隔热筒与外隔热筒相配合部位的上、中、下处的同一横截面进行直径测量，若三处横截面的直径满足过盈配合的要求则进入下一步，否则返回到步骤一；步骤三，用孚迪斯清洗剂对外隔热筒与内隔热筒的内外表面进行清洗；步骤四，用压缩空气将外隔热筒与内隔热筒上残余的孚迪斯清洗剂吹净，随后对外隔热筒与内隔热筒进行烘干；步骤五，将外隔热筒放入加热炉中加热至 并保温/>同时将干冰灌入内隔热筒内部，冷却10min以上；步骤六，将外隔热筒按设计尺寸套装于内隔热筒上，待其恢复常温，此时外隔热筒与内隔热筒套装完成；步骤七，用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒表面；步骤八，对零件焊接室内进行抽真空，使焊接室内气压小于等于5.0×10-2Pa；步骤九，焊接：按工艺规程在零件焊接室内依次对隔热筒的焊缝进行真空电子束焊接；步骤十，焊后充气：待焊接完成后，等待5分钟之后再向焊接室充气，完成焊接。
进一步的，所述步骤二中，所述过盈配合的要求为
进一步的，所述步骤四中，对外隔热筒与内隔热筒进行烘干时，烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为40分钟～60分钟。
进一步的，所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行外观检查，检测项目包括：表面气孔、表面裂纹、未熔合、烧穿、表面凹陷、凹坑，如有则视为不合格；同时检查内隔热筒的内表面，不允许有焊穿、缩孔及飞溅物，如有视为不合格。
进一步的，所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行X射线检查，按HB5484-1991中Ⅱ级焊缝要求验收。
进一步的，所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行密封性检查，在水下用压力为0.4MPa～0.6MPa的空气检查，时间10分钟，未发生漏气视为合格。
进一步的，所述步骤九中进行焊接之前，需对焊接参数验证：先用试片进行焊接试验，以验证焊接参数及设备的稳定性，并对焊接的试片进行X射线检查，同时用金相法检查焊缝熔深是否在2.1mm～3mm之间，试片检查合格后方可进行正式零件的焊接。
进一步的，所述步骤九中进行焊接之前，还需依次对每一条焊缝进行示教模拟，示教束流为1mA～2mA。
一种用于用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法的夹具，主要包括夹具体，所述夹具体为内部设有阶梯通孔的圆柱，所述阶梯通孔上端孔径大于下端孔径，阶梯通孔的上端孔径大于所述外隔热筒的外径，阶梯通孔的下端孔径小于内隔热筒的内径，所述内隔热筒装入夹具体中时，内隔热筒与外隔热筒的配合连接部完全暴露于夹具体外；所述步骤五中，将干冰灌入内隔热筒内部之前，需先将内隔热筒插入夹具体内进行安装，待冷却完成后，将内隔热筒从夹具体上取下；所述步骤七中，先将内隔热筒插入夹具体内，再用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒表面，随后夹具体与套装为一体的内隔热筒与外隔热筒一起进入下一步骤，直至焊接完成。
本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，实现了对航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接工艺的优化，有效的避免了零件进行热装和冷装时抱死情况的出现，同时提高了焊接的质量，能够很好的保证一次焊接的合格率，极大的降低了补焊对产品性能的影响。
附图说明
图1是本发明的内隔热筒与外隔热筒的套装结构示意图；
图2是本发明图1的A-A向视图；
图3是本发明的外隔热筒测量位置示意图；
图4是本发明的内隔热筒测量位置示意图；
图5是本发明所用的夹具结构示意图；
图中：1-内隔热筒，2-外隔热筒。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1-2所示，本发明所需套装焊接的内隔热筒与外隔热筒的连接结构，一种用于航空发动机内隔热筒1与外隔热筒2的套装焊接方法，包括以下步骤：步骤一，在内隔热筒1与外隔热筒2的成品库中分别选取一件内隔热筒1与外隔热筒2，用砂纸将内隔热筒1的加强筋与外隔热筒2内壁表面打磨干净；步骤二，分别选取外隔热筒2与外隔热筒2相配合部位的上、中、下处的同一横截面进行直径测量，若三处横截面的直径满足过盈配合的要求则进入下一步，否则返回到步骤一；步骤三，用孚迪斯清洗剂对外隔热筒2与内隔热筒1的内外表面进行清洗；步骤四，用压缩空气将外隔热筒2与内隔热筒1上残余的孚迪斯清洗剂吹净，随后对外隔热筒2与内隔热筒1进行烘干；步骤五，将外隔热筒2放入加热炉中加热至并保温/>同时将干冰灌入内隔热筒1内部，冷却10min以上；步骤六，将外隔热筒2按设计尺寸套装于内隔热筒1上，待其恢复常温，此时外隔热筒2与内隔热筒1套装完成；步骤七，用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒2表面；步骤八，对零件焊接室内进行抽真空，使焊接室内气压小于等于5.0×10-2Pa；步骤九，焊接：按工艺规程在零件焊接室内依次对隔热筒的焊缝进行真空电子束焊接；步骤十，焊后充气：待焊接完成后，等待5分钟之后再向焊接室充气，完成焊接。
如图5所示，本发明还设计了一个专用夹具，主要包括夹具体，所述夹具体为内部设有阶梯通孔的圆柱，所述阶梯通孔上端孔径大于下端孔径，阶梯通孔的上端孔径大于所述外隔热筒的外径，阶梯通孔的下端孔径小于内隔热筒的内径，所述内隔热筒装入夹具体中时，内隔热筒与外隔热筒的配合连接部完全暴露于夹具体外。
操作是，本发明的操作流程具体细化为以下内容：
S1、领取外隔热筒2一件，内隔热筒1一件。
S2、仔细检查内外隔热筒2表面不应有磕碰伤及毛刺。
S3、用200#砂纸将内隔热筒1加强筋表面打磨干净，避免有氧化层在内隔热筒1接触表面，同时用200#砂纸将外隔热筒2内壁打磨干净，避免接触面有氧化层等情况。
S4、测量外隔热筒2上、中、下三个截面(每个截面测量4个直径)，内隔热筒1上、中、下三个截面(每个截面测量4个直径)。
内外隔热筒2装配过盈要求为配合长度长，过盈大、配合距离长导致装配困难。因此对内外隔热筒2配合尺寸的选配是非常关键的。经过研究，选择测量外隔热筒2的A`、B`、C`三个截面(每个截面测量4个直径，如图3所示)，内隔热筒1的A``、B``、C``三个截面(每个截面测量4个直径，如图4所示)，根据测量的实际值计算出其过盈量的实际值。
S5、计算其平均值，满足设计要求其过盈的要求。
S6、用孚迪斯清洗剂浸泡或冲洗的方式对装配好的内隔热筒1与外隔热筒2的内外表面进行清洗，保证零件上无油污。
S7、用压缩空气吹净内隔热筒1与外隔热筒2内外表面的孚迪斯清洗剂，烘干内隔热筒1与外隔热筒2，烘干温度40℃～60℃，烘干时间40分钟～60分钟，保证清洗剂完全挥发，零件干燥清洁。
S8、将外隔热筒2放入加热炉中加热至保温/>
S9、将内隔热筒1安装在夹具上，同时将干冰灌入内隔热筒1内部，使内隔热筒1均匀冷却，冷却10min。
S10、将内隔热筒1安装在底座上，然后将加热后的外隔热筒2快速安装到位，同时满足设计要求尺寸。
S11、确定焊接参数：内隔热筒1与外隔热筒2之间共有5条焊缝，焊接接头为搭接接头，外隔热筒2基体厚度为1mm，内隔热筒1肋条厚度为3mm，材料为TA15，焊缝等级为Ⅱ级，需100％进行X射线检查焊缝内部质量。由于该焊缝为非穿透焊缝，当焊缝穿透时会在隔热屏内表面产生大量的焊接飞溅、焊缝凸起及穿透熔蚀、缩孔等缺陷，因此必须选择合适的焊接参数以精确控制焊缝熔深，避免应焊缝穿透导致隔热屏内腔产生表面缺陷及飞溅物。为了保证内外隔热筒2有足够的连接强度，同时保证隔热屏内表面无穿透，最终确定的焊接工艺参数应保证焊缝熔深在2.1mm～3mm之间。
S12、焊接参数验证：进行隔热屏组件焊接前，先用试片进行焊接试验，以验证焊接参数及设备的稳定性，并对焊接的试片进行X射线检查，同时用金相法检查焊缝熔深在2.1mm～3mm之间，试片检查合格后方可进行正式零件的焊接。
S13、隔热屏组件装夹：首先将夹具(图1)装夹在工作台上，然后将零件装夹在夹具上，找正外隔热筒2径向跳动不大于0.2。
S14、表面清理：零件装夹好后，用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒2表面，不允许有油污，同时隔热屏组件的整个加工过程操作者必须戴干净的棉手套，不允许赤手接触零件。
S15、抽真空：为避免钛合金焊接过程中产生氧化，必须保证焊接室内足够高的真空度，焊接标准要求焊接过程中焊接室内气压应≤5.0×10-2Pa，使用的真空电子束焊机焊接过程中能保证焊接室内气压≤2.0×10-2Pa。
S16、焊缝示教模拟：依次对5条焊缝进行示教模拟，示教束流一般为1mA～2mA，示教内容包括：焊缝起始及终止位置距离表面D边缘的距离5±0.5，有效焊接长度不小于150mm、焊缝相对于内隔热筒1肋条P中心的偏移±1、焊缝位于周向均布的5条肋条P上。为保证焊缝收弧位置产生较大的凹坑，要求焊接示教收弧长度为40mm～50mm。
S17、焊接：按工艺规程要求设置焊接参数，依次对5条焊缝进行真空电子束焊接，为保证焊缝表面光滑平整，隔热屏组件的焊缝焊缝必须进行真空电子束修饰焊。
S18、焊后充气：由于焊后零件温度较高，为避免零件过早与空气接触而导致零件表面产生氧化，因此要求焊接完成后，至少等待5分钟才能向焊接室充气。
S19、焊缝外观检查：焊接后，需对焊缝100％进行外观检查，检测项目包括：表面气孔、表面裂纹、未熔合、烧穿、表面凹陷、凹坑等，同时检查隔热屏内表面不允许有焊穿、缩孔及飞溅物等。
S20、X射线检查：焊缝须100％进行X射线检查，按HB5484-1991中Ⅱ级焊缝要求验收。
S21、密封性检查：焊接后，在水下用压力为0.4MPa～0.6MPa的空气检查，时间10分钟。
Claims (6)
1.一种用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，在内隔热筒与外隔热筒的成品库中分别选取一件内隔热筒与外隔热筒，用砂纸将内隔热筒的加强筋与外隔热筒内壁表面打磨干净；
步骤二，分别选取外隔热筒与外隔热筒相配合部位的上、中、下处的同一横截面进行直径测量，若三处横截面的直径满足过盈配合的要求则进入下一步，否则返回到步骤一；
步骤三，用孚迪斯清洗剂对外隔热筒与内隔热筒的内外表面进行清洗；
步骤四，用压缩空气将外隔热筒与内隔热筒上残余的孚迪斯清洗剂吹净，随后对外隔热筒与内隔热筒进行烘干；
步骤五，将外隔热筒放入加热炉中加热至并保温/>同时将干冰灌入内隔热筒内部，冷却10min以上；
步骤六，将外隔热筒按设计尺寸套装于内隔热筒上，待其恢复常温，此时外隔热筒与内隔热筒套装完成；
步骤七，用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒表面；
步骤八，对零件焊接室内进行抽真空，使焊接室内气压小于等于5.0×10-2Pa；
步骤九，焊接：按工艺规程在零件焊接室内依次对隔热筒的焊缝进行真空电子束焊接；
步骤十，焊后充气：待焊接完成后，等待5分钟之后再向焊接室充气，完成焊接；
所述步骤九中进行焊接之前，需对焊接参数验证：先用试片进行焊接试验，以验证焊接参数及设备的稳定性，并对焊接的试片进行X射线检查，同时用金相法检查焊缝熔深是否在2.1mm～3mm之间，试片检查合格后方可进行正式零件的焊接；
所述步骤九中进行焊接之前，还需依次对每一条焊缝进行示教模拟，示教束流为1mA～2mA。
2.如权利要求1所述的用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，其特征在于：所述步骤四中，对外隔热筒与内隔热筒进行烘干时，烘干温度为40℃～60℃，烘干时间为40分钟～60分钟。
3.如权利要求1所述的用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，其特征在于：所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行外观检查，检测项目包括：表面气孔、表面裂纹、未熔合、烧穿、表面凹陷、凹坑，如有则视为不合格；同时检查内隔热筒的内表面，不允许有焊穿、缩孔及飞溅物，如有视为不合格。
4.如权利要求1所述的用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，其特征在于：所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行X射线检查，按HB5484-1991中Ⅱ级焊缝要求验收。
5.如权利要求1所述的用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法，其特征在于：所述步骤十中完成焊接后，还需对焊缝进行密封性检查，在水下用压力为0.4MPa～0.6MPa的空气检查，时间10分钟，未发生漏气视为合格。
6.一种用于如权利要求1-5任一所述的用于航空发动机内隔热筒与外隔热筒的套装焊接方法的夹具，其特征在于：主要包括夹具体，所述夹具体为内部设有阶梯通孔的圆柱，所述阶梯通孔上端孔径大于下端孔径，阶梯通孔的上端孔径大于所述外隔热筒的外径，阶梯通孔的下端孔径小于内隔热筒的内径，所述内隔热筒装入夹具体中时，内隔热筒与外隔热筒的配合连接部完全暴露于夹具体外；
所述步骤五中，将干冰灌入内隔热筒内部之前，需先将内隔热筒插入夹具体内进行安装，待冷却完成后，将内隔热筒从夹具体上取下；
所述步骤七中，先将内隔热筒插入夹具体内，再用干净的绢布蘸丙酮擦净外隔热筒表面，随后夹具体与套装为一体的内隔热筒与外隔热筒一起进入下一步骤，直至焊接完成。
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