CN113927113A - 用于闭式叶轮钎焊的钎料及钎焊装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于闭式叶轮钎焊的钎料及钎焊装配方法，钎料包括初始形状不同的第一钎料和第二钎料，钎焊装配时，通过配合第一成型模、第二成型模、同心定位夹具、钎焊夹具、叶轮压紧装置和专用扳手，完成叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的装配，本发明解决了现有加工方法及工装装配闭式叶轮时存在的容易变形、钎焊间隙不均匀及过大、废品率高等问题。

Description

用于闭式叶轮钎焊的钎料及钎焊装配方法

技术领域

本发明属于闭式叶轮盐浴钎焊加工技术领域，具体涉及一种闭式叶轮钎料以及采用该钎料的闭式叶轮装配方法和配套的装配装置。

背景技术

闭式叶轮因其结构局限性和复杂性主要采用盐浴钎焊的方式进行焊接。而钎焊前的叶轮、帽盖及钎料的装配对与保证焊接质量极为重要。

现有的叶轮装配方法中，对钎料直接裁剪，边缘存在毛刺和飞边，若不将其去除或压平极易造成叶轮和帽盖间隙过大，从而导致钎焊不上。叶轮和帽盖装配时，没有保证它们同心在拧紧钎焊夹具时极易发生压偏从而导致叶片变形。当前对闭式叶轮装配方法领域研究不足，无法提供一种稳定的装配方法。

目前闭式叶轮钎焊装配时通常存在以下3个问题：

1、叶轮钎焊料装配时，钎料边缘存在的毛刺和飞边导致叶轮和帽盖装配间隙过大；

2、叶轮钎焊料装配时，叶轮和帽盖易发生偏心，从而导致叶轮和帽盖装配间隙不均匀和叶轮叶片变形；

3、叶轮和帽盖装配钎料后拧紧钎焊夹具时，无法叶轮和帽盖压实，造成间隙过大；

综上所述，现有闭式叶轮钎焊料装配方法缺陷较多，导致焊接后废品率极高。

发明内容

本发明旨在提供一种用于闭式叶轮钎焊的钎料及钎焊装配方法，以解决现有闭式叶轮钎料装配时存在的装配间隙大、装配间隙不均匀、叶轮叶片变形等问题。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于闭式叶轮钎焊的钎料，包括，

用于紧贴闭式叶轮的叶轮待钎焊曲面的第一钎料，所述第一钎料为圆环形薄片状的钎料，且沿着圆环形的内环径向开有多条等圆心夹角的第一直线切口；

用于紧贴闭式叶轮的帽盖待钎焊曲面的第二钎料，所述第二钎料为直线形薄片状的钎料，且第二钎料上有多条垂直于第二钎料长度方向的第二直线切口，多条第二直线切口等间隔排列，第二钎料长度方向的一端有一条斜缺口；

所述第一钎料和第二钎料材质相同，厚度相同。

作为一种选择，所述第一钎料的第一直线切口的圆心夹角间隔45°±2°，第一直线切口长度为15mm，所述第二钎料为外形尺寸为96mm×20mm的矩形薄片，第二直线切口间隔为8±1mm，其斜缺口角度为20°。

一种闭式叶轮的钎焊方法，采用前述的第一钎料和第二钎料，包括以下步骤，

步骤一，清洗待钎焊的叶轮、帽盖和薄片状钎料；

步骤二，预成型钎料，通过压力成型的方式在第一钎料上成型出与叶轮待钎焊曲面一致的第一型面，且第一直线切口位于第一型面外径较小的一端；将第二钎料沿着长度方向卷曲并首、尾端相接，然后通过压力成型的方式在第二钎料上成型出与帽盖待钎焊曲面一致的第二型面，第二直线切口位于第二型面外径较大的一端；所述第一型面和第二型面均为旋转曲面；

步骤三，装配钎料，将预成型好的第一钎料沿着叶轮待钎焊曲面装配到叶轮上，将预成型好的第二钎料沿着帽盖待钎焊曲面装配到帽盖上，再将帽盖和第二钎料一同盖在叶轮和第一钎料上；

步骤四，同心定位约束，借助同心定位夹具调整并约束叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的同心度，使得叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的中心轴线重合；

步骤五，装配钎焊夹具，在不拆卸同心定位夹具的前提下，将步骤四中的叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料整体装入带有中心轴线方向锁紧结构的钎焊夹具中；

步骤六，轴向压紧，借助压紧装置将步骤五中的钎焊夹具、叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料沿着中心轴线方向压紧，压紧过程中，一边沿着钎焊夹具中心轴线方向调整锁紧结构并逐渐锁紧钎焊夹具，一边拆卸同心定位夹具；

步骤七，取出步骤六中已经实现中心轴线方向锁紧的钎焊夹具，对装配好叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的钎焊夹具整体进行盐浴钎焊。

作为一种选择，所述步骤一中，叶轮、帽盖和薄片状钎料的清洗包括除油、热水洗、冷水洗、弱酸洗、冷水洗和烘干。

作为一种选择，所述步骤二中，通过第一成型模和第二成型模对第一钎料和第二钎料进行预成型，其中，

所述第一成型模上开有成型通孔，成型通孔的内壁表面为第一成型面，第一成型面的形状与叶轮待钎焊曲面一致；

所述第二成型模上设置有成型凸起，成型凸起的外表面为第二成型面，第二成型面的形状与帽盖待钎焊曲面一致。

作为一种选择，所述第一成型模和第二成型模的主体为圆柱体，第一成型模和第二成型模的材料为1Cr18Ni9Ti，且第一成型模的外径大于第二成型模的外径。

作为一种选择，所述步骤四中，同心定位夹具包括第一约束调整臂和第二约束调整臂，第一约束调整臂和第二约束调整臂的一端铰接，另一端通过蝶形螺母闭合或分离，第一约束调整臂上开有第一弧形槽，第二约束调整臂上开有第二弧形槽，且当第一约束调整臂与第二约束调整臂通过蝶形螺母锁紧闭合时，第一弧形槽与第二弧形槽形成闭合的约束孔。

作为一种选择，所述步骤五中，钎焊夹具包括第一端面压紧块和第二端面压紧块，第一端面压紧块上开有叶轮放置槽和螺纹通孔，第二端面压紧块上开有帽盖放置槽并设置有锁紧螺柱。

作为一种选择，所述压紧装置包括框架、压块和表面带有螺纹的压杆，压杆与框架螺纹连接，压杆的上端与旋转把手连接，压杆的下端为球面，压块的上端面开有球形槽。

作为一种选择，所述步骤一中对叶轮、帽盖和薄片状钎料依次进行除油、热水洗、冷水洗、弱酸洗和冷水洗，然后在120℃下烘干20min；

所述步骤七中还包括预热、煮盐和清洗，其中预热在盐浴钎焊之前，煮盐和清洗在盐浴钎焊之后。

闭式叶轮装配间隙是否过大、装配间隙是否均匀、叶轮叶片是否变形是决定闭式叶轮钎焊后能否达到技术条件要求的关键因素。本发明采用特殊形状的钎料预压成型的方法，保证闭式叶轮装配间隙小且均匀，降低了废品率，解决了现有装配方法易造成装配间隙大、装配间隙不均匀、叶轮叶片变形的问题。

为了提高钎焊质量，通常的思路是采用整体冲压的钎料，与叶轮和帽盖的待钎焊面紧密贴合，减少间隙，但由于钎料自身的延展性低，而本发明的闭式叶轮尺寸较大，很难按照钎焊面的实际尺寸整体冲压成型出钎料来，本发明更换了思路，将钎焊面拆分为第一钎料和第二钎料拼接而成，并且在设计第一钎料和第二钎料冲压前形状时，考虑了其成型时的延展性、毛刺和飞边问题，确保冲压成型后能够紧密覆盖待钎焊面，减少间隙，进一步在装配时，分别将第一钎料和叶轮、第二钎料和帽盖分别装配，然后再统一对中，保证叶轮、帽盖和钎料(第一钎料和第二钎料)的同心。

与现有技术相比，本发明具备以下特点：

(1)本发明提供了一种闭式叶轮钎料和装配方法，从根本上解决了闭式叶轮钎焊料装配间隙大、装配间隙不均匀、叶轮叶片变形等问题，采用本发明的方案后，闭式叶轮钎焊合格由原来的60％降低到90％，有效提高了闭式叶轮的钎焊合格率；(2)本发明提供了一套装配装置，包括第一钎料裁剪模型，第二钎料裁剪模型，第一成型模，第二成型模，同心定位夹具，钎焊夹具，叶轮压紧装置和专用扳手，用于完成叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的装配；

(3)本发明设计了两种不同初始形状的钎料，分别用于贴紧叶轮和帽盖的待钎焊面，配合同心定位夹具，钎焊夹具，叶轮压紧装置使得叶轮，帽盖和钎料同心度好，紧贴效果好，均匀性好；

(4)本发明提供的装配方法步骤简单，可操作性强，适合大批量的闭式叶轮钎焊装配。

附图说明

图1是用于第一钎料的第一裁剪模外形示意图；

图2是用于第二钎料的第二裁剪模外形示意图；

图3是第一成型模的结构示意图，包括D-D截面；

图4是第二成型模的结构示意图；

图5是用于闭式叶轮的同心定位夹具结构示意图；

图6是用于闭式叶轮的压紧装置结构示意图；

图7是用于钎焊夹具锁紧的扳手示意图；

图8是第一钎料预压成型示意图；

图9是第二钎料首尾卷曲后的示意图；

图10是第二钎料预压成型示意图；

图11是叶轮、帽盖、第一钎料和第二钎料装配后用同心定位夹具夹紧的示意图；

图12是将叶轮、帽盖、第一钎料和第二钎料装配于钎焊夹具中的示意图，图中未画出同心定位夹具；

图13是用压紧装置压紧装配了叶轮、帽盖、第一钎料和第二钎料的钎焊夹具的示意图；

图中，1-第一钎料；2-第二钎料；3-第一直线切口；4-第二直线切口；5-斜缺口；6-第一成型模；7-第二成型模；8-第一约束调整臂；9-第二约束调整臂；10-旋转把手；11-压杆；12-框架；13-压块；14-叶轮；15-帽盖；16-第一端面压紧块；17-第二端面压紧块；18-锁紧螺柱；19-锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步描述本发明的实施方式，但本发明的权利要求保护范围并不局限于本实施例中列举的内容。

如图1和图2所示，为用于闭式叶轮钎焊的两种钎料裁剪模型的形状(或者说第一钎料1和第二钎料2未预压成型前的初始形状)。

如图1，用于第一钎料1裁剪的第一钎料裁剪模型采用材料为1Cr18Ni9Ti、厚度为1mm的不锈钢板制成，整体为圆环形平板状，圆环形的内圆的裁剪线沿着径向均匀分布，相连裁剪线间隔45°±2°，裁剪线长度为15mm，该裁剪线用于裁剪出第一直线切口3。

如图2，用于第二钎料2的第二钎料裁剪模型采用材料为1Cr18Ni9Ti、厚度为1mm的不锈钢板制成，整体外形为矩形平板状，矩形的外形尺寸为96mm×20mm，裁剪线间隔为8±1mm，该裁剪线用于裁剪出第二直线切口4，最右侧的三角形缺口角度为20°，用于形成斜缺口5。

按照图1和图2所示的第一钎料裁剪模型和第二钎料裁剪模型可分别裁剪出第一钎料1和第二钎料2。

用于闭式叶轮钎料装配方法的工装包括第一钎料裁剪模型，第二钎料裁剪模型，第一成型模6，第二成型模7，同心定位夹具，钎焊夹具，叶轮压紧装置和专用扳手。

其中，第一钎料裁剪模型和第二钎料裁剪模型如图1和图2所示；

其中，第一成型模6如图3所示，圆柱形的主体上开有成型通孔；

其中，第二成型模7如图4所示，圆柱形的主体上设置有成型凸起；

其中，同心定位夹具如图5和图11所示，同心定位夹具包括第一约束调整臂8和第二约束调整臂9，第一约束调整臂8和第二约束调整臂9的一端铰接，使得第一约束调整臂8可以绕铰接点相对第二约束调整臂9旋转，第一约束调整臂8的另一端通过蝶形螺母与第二约束调整臂9闭合或分离，第二约束调整臂9末端开有槽口，蝶形螺母铰接在第一约束调整臂8上，蝶形螺母可插入槽口实现与第二约束调整臂9的闭合连接或分离；第一约束调整臂8上开有第一弧形槽，第二约束调整臂9上开有第二弧形槽，且当第一约束调整臂8与第二约束调整臂9通过蝶形螺母锁紧闭合时，第一弧形槽与第二弧形槽形成闭合的约束孔，约束孔用于从叶轮14和帽盖15的周向约束调整二者的同心度，使得叶轮14、第一钎料1、帽盖15和第二钎料2的中心轴线重合(因为预压成型后的第一钎料1和第二钎料2都是旋转曲面，具备旋转中心轴线，而叶轮14和帽盖15同样具备旋转中心轴线)；

其中，叶轮压紧装置如图6和图13所示，压紧装置包括框架12、压块13和表面带有螺纹的压杆11，压杆11与框架12螺纹连接，压杆11可相对框架12上下移动，压杆11的上端与旋转把手10连接，压杆11的下端为球面，压块13的上端面开有球形槽；

其中，如图12，钎焊夹具包括第一端面压紧块16和第二端面压紧块17，第一端面压紧块16上开有叶轮放置槽和螺纹通孔，第二端面压紧块17上开有帽盖放置槽并设置有锁紧螺柱18，当第一端面压紧块16和第二端面压紧块17按照上下位置关系连接时，锁紧螺柱18插入螺纹通孔中，并通过锁紧螺母19锁紧。

一种闭式叶轮的钎焊方法，包括以下步骤：

步骤一：清洗，将待焊的叶轮14、帽盖15和厚度为0.15mm的薄片状钎料进行除油、热水洗、冷水洗、弱酸洗和冷水洗，然后在120℃条件下烘干20min；

步骤二：钎料裁剪，如图1和图2，依据第一钎料裁剪模型和第二钎料裁剪模型用剪刀裁剪薄片状钎焊料，最终形成第一钎料1和第二钎料2；

步骤三：钎料预成型，将钎料预成型模(第一成型模6和第二成型模7)去除油污及氧化皮，并用酒精擦拭干净；如图3和图4，第一成型模6上开有成型通孔，成型通孔的内壁表面为第一成型面，第一成型面的形状与叶轮待钎焊曲面一致；第二成型模7上设置有成型凸起，成型凸起的外表面为第二成型面，第二成型面的形状与帽盖待钎焊曲面一致；第一成型模6和第二成型模7的主体为圆柱体，第一成型模6和第二成型模7的材料为1Cr18Ni9Ti，且第一成型模6的外径大于第二成型模7的外径10mm；

如图8所示，将第一钎料1装配到第一成型模6和第二成型模7之间，用力F从上向下按压第一成型模6并保持5min进行预压定型，然后取出(此时，第一钎料1既成型出了与叶轮14待钎焊面一致的装配面，也成型出了与帽盖15待钎焊面一致的装配面)；

如图9所示，将第二钎料2沿着矩形钎料薄片的长度方向进行卷曲，并保证首尾相接；

如图10所示，将第二钎料2装配到第二成型模7和第一成型模6之间，用力F从上向下按压第二成型模7并保持5min进行预压定型，然后取出(此时，第二钎料2既成型出了与帽盖15待钎焊面一致的装配面，也成型出了与叶轮14待钎焊面一致的装配面)；

步骤四：钎料装配，将成型好的第一钎料1沿叶轮待钎焊曲面装配到叶轮14上，将第二钎料2沿帽盖待钎焊曲面装配到帽盖15上，再将帽盖15连同第二钎料2盖在叶轮14和第一钎料1上(成型后的第一钎料1和第二钎料2共同构成了完整的叶轮14与帽盖15待钎焊面，从而几乎无间隙地覆盖了整个待钎焊表面，如图12)；

步骤五，如图11，用同心定位夹具将叶轮14、第一钎料1、帽盖15和第二钎料2夹紧，同心定位夹具由蝶形螺母控制松紧度，第一钎料1和第二钎料2分别装配到叶轮14和帽盖15上，转动蝶形螺母使得同心定位夹具将叶轮14和帽盖15沿着周向夹紧，保证叶轮14、第一钎料1、帽盖15和第二钎料2同心，即中心轴线重合；

步骤六：如图12所示，将叶轮14和帽盖15一起装配到钎焊夹具上；

步骤七：如图6所示，转动叶轮压紧装置的旋转把手10带动压杆11和压块13将叶轮14和帽盖15压紧，并在压紧过程中缓慢松开同心定位夹具，并用专用扳手带紧钎焊夹具的锁紧螺母19；当叶轮14和帽盖15装配到钎焊夹具中后，转动叶轮压紧装置的压杆11将叶轮14和帽盖15沿中心轴线方向压紧，并在压紧过程中缓慢松开同心定位夹具的蝶形螺母，同时，采用专用扳手带紧钎焊夹具上的锁紧螺母19。钎焊夹具拧紧后，松开叶轮压紧装置，即可取出装配好的叶轮。叶轮压紧装置的旋转把手10与压杆11采用氩弧焊方式焊接为一体，压杆11上带有外螺纹，图6中局部放大区域A中，压杆11的另一端为球面，球面半径为6.5mm，压块13的上端面有一块向下凹陷的球面(半径为7mm)，压杆11末端的球面与压块13上的凹陷球面配合，压块13与钎焊夹具接触的端面上加工有宽30mm，深30mm的避让槽；

如图13所示，钎焊夹具拧紧后，松开叶轮压紧装置，取出装配好的闭式叶轮；

步骤八：将装配好的闭式叶轮进行预热、盐浴钎焊、煮盐和清洗。

上述实施例并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于闭式叶轮钎焊的钎料，其特征在于：包括，

用于紧贴闭式叶轮的叶轮待钎焊曲面的第一钎料，所述第一钎料为圆环形薄片状的钎料，且沿着圆环形的内环径向开有多条等圆心夹角的第一直线切口；

用于紧贴闭式叶轮的帽盖待钎焊曲面的第二钎料，所述第二钎料为直线形薄片状的钎料，且第二钎料上有多条垂直于第二钎料长度方向的第二直线切口，多条第二直线切口等间隔排列，第二钎料长度方向的一端有一条斜缺口；

所述第一钎料和第二钎料材质相同，厚度相同。

2.根据权利要求1所述的一种用于闭式叶轮钎焊的钎料，其特征在于：所述第一钎料的第一直线切口的圆心夹角间隔45°±2°，第一直线切口长度为15mm，所述第二钎料为外形尺寸为96mm×20mm的矩形薄片，第二直线切口间隔为8±1mm，其斜缺口角度为20°。

3.一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：采用权利要求1所述的第一钎料和第二钎料，包括以下步骤，

步骤一，清洗待钎焊的叶轮、帽盖和薄片状钎料；

步骤二，预成型钎料，通过压力成型的方式在第一钎料上成型出与叶轮待钎焊曲面一致的第一型面，且第一直线切口位于第一型面外径较小的一端；将第二钎料沿着长度方向卷曲并首、尾端相接，然后通过压力成型的方式在第二钎料上成型出与帽盖待钎焊曲面一致的第二型面，第二直线切口位于第二型面外径较大的一端；

步骤三，装配钎料，将预成型好的第一钎料沿着叶轮待钎焊曲面装配到叶轮上，将预成型好的第二钎料沿着帽盖待钎焊曲面装配到帽盖上，再将帽盖和第二钎料一同盖在叶轮和第一钎料上；

步骤四，同心定位约束，借助同心定位夹具调整并约束叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的同心度，使得叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的中心轴线重合；

步骤五，装配钎焊夹具，在不拆卸同心定位夹具的前提下，将步骤四中的叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料整体装入带有中心轴线方向锁紧结构的钎焊夹具中；

步骤六，轴向压紧，借助压紧装置将步骤五中的钎焊夹具、叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料沿着中心轴线方向压紧，压紧过程中，一边沿着钎焊夹具中心轴线方向调整锁紧结构并逐渐锁紧钎焊夹具，一边拆卸同心定位夹具；

步骤七，取出步骤六中已经实现中心轴线方向锁紧的钎焊夹具，对装配好叶轮、第一钎料、帽盖和第二钎料的钎焊夹具整体进行盐浴钎焊。

4.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述步骤一中，叶轮、帽盖和薄片状钎料的清洗包括除油、热水洗、冷水洗、弱酸洗、冷水洗和烘干。

5.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述步骤二中，通过第一成型模和第二成型模对第一钎料和第二钎料进行预成型，其中，

所述第一成型模上开有成型通孔，成型通孔的内壁表面为第一成型面，第一成型面的形状与叶轮待钎焊曲面一致；

所述第二成型模上设置有成型凸起，成型凸起的外表面为第二成型面，第二成型面的形状与帽盖待钎焊曲面一致。

6.根据权利要求5所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述第一成型模和第二成型模的主体为圆柱体，第一成型模和第二成型模的材料为1Cr18Ni9Ti，且第一成型模的外径大于第二成型模的外径。

7.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述步骤四中，同心定位夹具包括第一约束调整臂和第二约束调整臂，第一约束调整臂和第二约束调整臂的一端铰接，另一端通过蝶形螺母闭合或分离，第一约束调整臂上开有第一弧形槽，第二约束调整臂上开有第二弧形槽，且当第一约束调整臂与第二约束调整臂通过蝶形螺母锁紧闭合时，第一弧形槽与第二弧形槽形成闭合的约束孔。

8.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述步骤五中，钎焊夹具包括第一端面压紧块和第二端面压紧块，第一端面压紧块上开有叶轮放置槽和螺纹通孔，第二端面压紧块上开有帽盖放置槽并设置有锁紧螺柱。

9.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：所述压紧装置包括框架、压块和表面带有螺纹的压杆，压杆与框架螺纹连接，压杆的上端与旋转把手连接，压杆的下端为球面，压块的上端面开有球形槽。

10.根据权利要求3所述的一种闭式叶轮的钎焊方法，其特征在于：

所述步骤一中对叶轮、帽盖和薄片状钎料依次进行除油、热水洗、冷水洗、弱酸洗和冷水洗，然后在120℃下烘干20min；

所述步骤七中还包括预热、煮盐和清洗，其中预热在盐浴钎焊之前，煮盐和清洗在盐浴钎焊之后。

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