CN113927116A - 航空发动机扩压器组件真空钎焊方法和扩压器组件 - Google Patents

航空发动机扩压器组件真空钎焊方法和扩压器组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法和扩压器组件，包括：S1、对扩压器和扩压器盖进行粗加工；S2、对扩压器和扩压器盖进行预钎焊；S3、将扩压器和扩压器盖精加工到位；S4、对扩压器盖的叶型孔处进行吹砂或砂纸打磨处理；S5、在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端处粘贴第一粘带钎料，再将扩压器盖装配到扩压器上，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并从叶型孔的端面伸出，在叶型孔端面的焊缝处粘贴第二粘带钎料，再添加膏状钎料，获得预制件；S6、将预制件加热烘干；S7、将预制件装夹在夹具内；S8、将带有夹具的预制件进行真空钎焊循环。解决了煤油渗漏检查不合格、变形较大、钎缝圆角R不满足尺寸要求的问题。

Description

航空发动机扩压器组件真空钎焊方法和扩压器组件
技术领域
本发明涉及真空钎焊技术领域，特别地，涉及一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法。此外，本发明还涉及一种包括上述航空发动机扩压器组件真空钎焊方法获得的扩压器组件。
背景技术
航空发动机扩压器组件由扩压器和扩压器盖真空钎焊而成，扩压器组件的焊缝为榫槽+角接方式，扩压器上中间部分周向布设带有榫头的径向叶片，叶片穿过扩压器盖的叶型孔与扩压器盖进行真空钎焊连接。如图1所示，由于扩压器组件结构复杂，加工难度大，且真空钎焊后存在较多问题：(1)由于扩压器组件钎缝数量多，真空钎焊后，叶型孔处钎缝易出现部分钎缝煤油渗漏检查不合格，发生渗漏的问题，需要进行补焊，甚至多次补焊还存在不合格问题，造成零件报废。(2)合格的扩压器组件，其通道口处相对于A基准平行度控制在一定范围内，且每个通道高度值也需要在一定范围内，通常扩压器组件采用不锈钢材料，在真空钎焊过程中易发生变形，真空钎焊后平行度远超要求尺寸，使得通道高度无法保证在要求范围内。(3)钎缝圆角R尺寸难以满足要求，真空钎焊后钎缝圆角R尺寸要求比较严格，其他同类零件通常要求钎缝圆角R最大可达R1.5，但是，扩压器组件要求钎料在叶片与通道面之间形成的钎缝圆角R(0.45+0.25)，且最大为R0.7，然而实际生产中，真空钎焊后钎缝圆角R偏大，达到钎缝圆角R1以上。因此，急需一种合适的真空钎焊工艺，焊接出合格的扩压器组件。
发明内容
本发明提供了一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法和扩压器组件，以解决现有的扩压器组件的叶型孔的钎缝处煤油检查渗漏，通道高度值超差，扩压器组件变形较大和钎缝圆角R尺寸超差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，扩压器组件包括带有径向叶片的扩压器和带有叶型孔的扩压器盖，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并通过真空钎焊连接，包括以下步骤：
S1、对扩压器和扩压器盖进行粗加工，以使得扩压器和扩压器盖分别预留加工余量；
S2、对扩压器和扩压器盖进行预钎焊，以使扩压器和扩压器盖发生热变形，加工应力充分释放；
S3、将步骤S2预钎焊后的扩压器和扩压器盖精加工到位；
S4、对步骤S3中精加工后的扩压器盖的叶型孔处进行吹砂处理或砂纸打磨；
S5、在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端处粘贴第一粘带钎料，再将步骤S4中吹砂后的扩压器盖装配到扩压器上，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并从叶型孔的端面伸出，在叶型孔端面的焊缝处粘贴第二粘带钎料，再添加膏状钎料，获得预制件；
S6、将步骤S5中的预制件加热烘干；
S7、将步骤S6中烘干后的预制件装夹在夹具内；
S8、将带有夹具的预制件进行真空钎焊循环，获得扩压器组件。
进一步地，步骤S5中第一粘带钎料的厚度为0.12mm～0.18mm。
进一步地，步骤S5中第二粘带钎料的厚度为0.22mm～0.28mm，宽度为3.5mm～4.5mm。
进一步地，步骤S2中预钎焊的温度为1050℃～1120℃，预钎焊的时间为10min～60min，真空度≤4×10-2Pa。
进一步地，步骤S4中吹砂采用180目～240目白刚玉砂，吹砂压力≤0.25Mpa；所述砂纸为80目～200目砂纸。
进一步地，步骤S7中的夹具包括：用于对扩压器夹持固定的下夹具和对扩压器盖压紧的上夹具；下夹具包括与扩压器相匹配的环状凹槽基体，环状凹槽基体的内侧槽壁的顶部抵顶在径向叶片的底部端面上，环状凹槽基体的外侧槽壁延伸至扩压器安装边处且与扩压器安装边间隙配合；上夹具包括用于压紧扩压器盖板的圆环件。
进一步地，扩压器安装边与外侧槽壁的间隙距离为0.05mm～0.15mm。
进一步地，制备下夹具材料的线膨胀系数小于制备扩压器材料的线膨胀系数；制备上夹具材料的线膨胀系数等于制备扩压器盖材料的线膨胀系数。
进一步地，步骤S8中真空钎焊循环包括以下步骤：将带有夹具的预制件放入真空钎焊炉以5℃/min～15℃/min的速率升温至600℃，保温10min～20min，真空度≤4×10-2Pa后，再以5℃/min～10℃/min的速率升温至1050℃，保温10min～20min，再随炉冷却。
根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法制备获得的扩压器组件。
本发明具有以下有益效果：
本发明的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，包括：粗加工，预钎焊处理，精加工，吹砂或砂纸打磨处理，添加钎料，加热烘干，夹具装夹，真空钎焊循环，获得扩压器组件。在粗加工阶段预留加工余量，再进行预钎焊处理，使得扩压器和扩压器盖受热发生热变形，高温下充分释放加工应力，再进行精加工到位，从而大大降低在后续真空钎焊时扩压器组件发生变形，提高成品率。上述航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，吹砂处理或砂纸打磨处理有利于减小对钎焊间隙的影响，同时钎缝表面粗糙度改变，有利于钎料的润湿性、铺展性，提高叶型孔钎缝煤油渗漏检查的合格率。在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端以及叶型孔端面的焊缝处添加钎料。从而保证钎缝圆角R满足要求，以及保证扩压器组件的通道高度值在一定范围内。上述航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，解决了扩压器组件真空钎焊后煤油渗漏检查不合格、扩压器组件变形较大以及钎缝圆角R不满足要求的问题。显著提高了扩压器组件一次真空钎焊的合格率，并且可推广应用于同类不锈钢材料的真空钎焊中。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的扩压器组件图；
图2是本发明优选实施例的粘贴第一粘带钎料的扩压器示意图；
图3是本发明优选实施例的粘贴第二粘带钎料的扩压器组件示意图；
图4是本发明优选实施例的带有夹具的预制件示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明的扩压器组件图；图2是本发明优选实施例的粘贴第一粘带钎料的扩压器示意图；图3是本发明优选实施例的粘贴第二粘带钎料的扩压器组件示意图；以及图4是本发明优选实施例的带有夹具的预制件示意图。
如图2、图3和图4所示，本实施例的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，扩压器组件包括带有径向叶片的扩压器和带有叶型孔的扩压器盖，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并通过真空钎焊连接，包括以下步骤：
S1、对扩压器和扩压器盖进行粗加工，以使得扩压器和扩压器盖分别预留加工余量；
S2、对扩压器和扩压器盖进行预钎焊，以使扩压器和扩压器盖发生热变形，加工应力充分释放；
S3、将步骤S2预钎焊后的扩压器和扩压器盖精加工到位；
S4、对步骤S3中精加工后的扩压器盖的叶型孔处进行吹砂处理或砂纸打磨处理；
S5、在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端处粘贴第一粘带钎料，再将步骤S4中吹砂后的扩压器盖装配到扩压器上，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并从叶型孔的端面伸出，在叶型孔端面的焊缝处粘贴第二粘带钎料，再添加膏状钎料，获得预制件；
S6、将步骤S5中的预制件加热烘干；
S7、将步骤S6中烘干后的预制件装夹在夹具内；
S8、将带有夹具的预制件进行真空钎焊循环，获得扩压器组件。
本发明的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，包括：粗加工，预钎焊处理，精加工，吹砂或砂纸打磨处理，添加钎料，加热烘干，夹具装夹，真空钎焊循环，获得扩压器组件。在粗加工阶段预留加工余量，再进行预钎焊处理，使得扩压器和扩压器盖受热发生热变形，高温下充分释放加工应力，再进行精加工到位，从而大大降低在后续真空钎焊时扩压器组件发生变形，提高成品率。上述航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，吹砂处理或砂纸打磨处理有利于减小对钎焊间隙的影响，同时钎缝表面粗糙度改变，有利于钎料的润湿性、铺展性，提高叶型孔钎缝煤油渗漏检查的合格率。在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端以及叶型孔端面的焊缝处添加钎料。从而保证钎缝圆角R满足要求，以及保证扩压器组件的通道高度值在一定范围内。上述航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，解决了扩压器组件真空钎焊后煤油渗漏检查不合格、扩压器组件变形较大以及钎缝圆角R不满足要求的问题。显著提高了扩压器组件一次真空钎焊的合格率，并且可推广应用于同类不锈钢材料的真空钎焊中。
本实施例中，步骤S5中第一粘带钎料的厚度为0.12mm～0.18mm。为了保证扩压器组件的通道高度值在一定范围内，需要对钎料进行精确的控制。为了控制加料量，在非插入叶型孔的径向叶片端面粘贴0.15mm厚的粘带钎料，一方面保证钎焊后通道高度在b±0.05的范围内，二是保证通道内钎缝圆角R尺寸满足R0.2～R0.7的要求。在整圈的每个径向叶片非伸入叶型孔内的端面贴一层厚度为0.12mm～0.18mm的第一粘带钎料，并宽出径向叶片四周。高于或低于上述第一粘带钎料的厚度，都无法满足通道高度和钎缝圆角R的要求。上述第一粘带钎料的厚度与第二粘带钎料的厚度不相同，且第一粘带钎料的厚度小于第二粘带钎料的厚度，控制为0.12mm～0.18mm，优选为0.15mm，一方面，易于控制钎缝圆角R的大小，以满足设计要求，另一方面，真空钎焊后扩压器组件通道高度公差要求控制在±0.05内，如果超出厚度为0.12mm～0.18mm，则真空钎焊后通道高度会增加超出±0.05的范围，因此选择第一粘带钎料的厚度为0.12mm～0.18mm，保证通道高度公差增加在规定的范围内，通道高度易于保证，降低通道高度的控制难度。此外，减少钎料的飞溅，扩压器组件通道内不易产生多余钎料。
本实施例中，步骤S5中第二粘带钎料的厚度为0.22mm～0.28mm，宽度为3.5mm～4.5mm。上述第二粘带钎料厚度为0.22mm～0.28mm，宽度为3.5mm～4.5mm，以保证具有足够的钎料量，从而保证钎缝成形，保证钎缝R角尺寸。上述膏状钎料直接铺放在第二粘带钎料上，膏状钎料用量直径Φ0.5mm～Φ1.5mm。
优选地，为了保证钎缝的焊合率、密封性、钎缝圆角R，现在在非插入叶型孔的径向叶片端面粘贴t0.15mm厚的AMS4777粘带钎料，钎料由叶片端面向叶身延伸约1mm。在扩压器和扩压器盖组合后，叶型孔端面的焊缝处粘贴t0.25mm厚的AMS4777粘带钎料，宽出叶片4mm，再在钎料上填充Φ8mm的BNi82CrSiB膏状钎料。
将扩压器盖装配在扩压器本体上，装配后添加的第一粘带钎料保证了通道高度在规定的范围内，径向叶片局部伸出叶型孔端面，在叶片伸出叶型孔部位的钎缝处，为了保证足够的钎料填满间隙，沿着每个叶型孔周向，粘贴厚度为0.22mm～0.28mm，宽度为3.5mm～4.5mm的第二粘带钎料，并补充填加适量的膏状钎料。还可在膏状钎料的周围刷一圈阻流剂。
本实施例中，步骤S2中预钎焊的温度为1050℃～1120℃，预钎焊的时间为10min～60min，真空度≤4×10-2Pa。传统工艺流程中真空钎焊前扩压器和扩压器盖均有消除应力工序，通常采用低温环境去除内应力，但是消除应力的温度过低，应力释放不充分，导致后续扩压器组件真空钎焊时产生较大的变形。因此，通过优化工艺路线，在精加工处理之前对扩压器和扩压器盖进行预钎焊，其预钎焊的工艺参数与真空钎焊工艺参数相同，只是非扩压器和扩压器盖装配之后钎焊形成整体，而是扩压器和扩压器盖分别进行预钎焊。使得扩压器和扩压器盖发生热变形，充分释放加工应力，再进行精加工到位，达到扩压器和扩压器盖的加工精度，且在后续真空钎焊处理也不发生变形，进一步保证通道高度。
本实施例中，步骤S4中吹砂采用180目～240目白刚玉砂，吹砂压力≤0.25MPa。砂纸打磨使用80目～200目的砂纸。扩压器盖上的叶型孔为激光切割加工而成，在叶型孔上存在激光加工后的再铸层以及表面发生氧化现象。传统工艺采用打磨机打磨清理，可以去除表面的氧化层和再铸层，但去除量较大，易造成扩压器与扩压器盖装配后，局部钎焊间隙偏大，增加真空钎焊后煤油渗漏检查不合格的风险。然而，通过对叶型孔处进行吹砂或砂纸打磨处理，并控制吹砂压力≤0.25MPa，采用180目～240目白刚玉砂进行吹砂或使用80目～200目的砂纸打磨，其去除余量较小，可控制余量在较小范围内。对钎焊间隙不会产生较大影响。而且，吹砂处理后钎缝面表面粗糙度有所改变，两者共同作用增强了的毛细作用，钎料可以更好的润湿，填充钎缝间隙。提升真空钎焊后煤油渗漏检查合格率。
如图4所示，本实施例中，步骤S7中的夹具包括：用于对扩压器夹持固定的下夹具和对扩压器盖压紧的上夹具；下夹具包括与扩压器相匹配的环状凹槽基体，环状凹槽基体的内侧槽壁的顶部抵顶在径向叶片的底部端面上，环状凹槽基体的外侧槽壁延伸至扩压器安装边处且与扩压器安装边间隙配合；上夹具包括用于压紧扩压器盖板的圆环件。上述夹具包括下夹具和上夹具，上夹具用于压紧扩压器盖，下夹具用于夹持固定，以限制扩压器变形。下夹具为环状凹槽基体，其内侧环状凹槽基体用于支撑径向叶片并与径向叶片紧密贴合，外侧槽壁用于支撑扩压器安装边处，但与扩压器安装边间隙配合。在真空钎焊过程中，限制扩压器与扩压器盖安装边的相对位置，减小高温热循环过程中零件变形。而且，下夹具的一处与扩压器紧密贴合，另一处与扩压器留有一定间隙，以此限制在高温过程中，径向叶片不发生变形，而扩压器安装边向下变形不超过间隙值，约束扩压器向下变形，从而保证扩压器的变形量。
优选地，扩压器安装边与外侧槽壁的间隙距离为0.05mm～0.15mm。
本实施例中，制备下夹具材料的线膨胀系数小于制备扩压器材料的线膨胀系数；制备上夹具材料的线膨胀系数等于制备扩压器盖材料的线膨胀系数。扩压器和扩压器盖通常采用不锈钢材料制备而成，上夹具采用与扩压器和扩压器盖相同的材料不锈钢制备而成，上夹具采用石墨制备而成，石墨的线膨胀系数小，在真空钎焊的高温环境中，基本不会发生变形。
本实施例中，步骤S8中真空钎焊循环包括以下步骤：将带有夹具的预制件放入真空钎焊炉以5℃/min～15℃/min的速率升温至600℃，保温10min～20min，真空度≤4×10- 2Pa后，再以5℃/min～10℃/min的速率升温至1050℃，保温10min～20min，再随炉冷却。
根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法制备获得的扩压器组件。
航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，包括以下步骤：
S1、对扩压器和扩压器盖进行粗加工，粗加工采用数车、数铣工序，并对扩压器和扩压器的所有表面预留壁厚1.5mm的加工余量；
S2、对扩压器和扩压器盖进行预钎焊，预钎焊的温度为1050℃，预钎焊的时间为15min，真空度≤4×10-2Pa，以使扩压器和扩压器盖发生热变形，充分释放加工应力，冷却；
S3、将步骤S2预钎焊后的扩压器和扩压器盖精加工到位；
S4、对步骤S3中精加工后的扩压器盖的叶型孔处进行吹砂处理，采用180目白刚玉砂，吹砂压力≤0.25MPa，吹砂至表面无金属色；
S5、在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端处粘贴厚度为0.15mm的第一粘带钎料，再将步骤S4中吹砂后的扩压器盖装配到扩压器上，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并从叶型孔的端面伸出，在叶型孔端面的焊缝处粘贴厚度为0.25mm、宽度为4mm的第二粘带钎料，再添加膏状钎料，在膏状钎料的周围刷一圈阻流剂，获得预制件；
S6、将步骤S5中的预制件在烘箱中加热至150℃烘干30min；
S7、将步骤S6中烘干后的预制件装夹在夹具内，夹具包括：用于对扩压器夹持固定的下夹具和对扩压器盖压紧的上夹具；下夹具包括与扩压器相匹配的环状凹槽基体，环状凹槽基体的内侧槽壁的顶部抵顶在径向叶片的底部端面上，环状凹槽基体的外侧槽壁延伸至扩压器安装边处且与扩压器安装边间隙配合，间隙距离为0.1mm，上夹具包括用于压紧扩压器盖板的圆环件，下夹具采用石墨制备而成，上夹具采用不锈钢制备而成；
S8、将带有夹具的预制件放入真空钎焊炉以10℃/min的速率升温至600℃，保温20min，真空度≤4×10-2Pa后，再以5℃/min的速率升温至1050℃，保温15min，再随炉冷却，去除阻流剂，获得扩压器组件。
将上述获得的扩压器组件的焊缝进行煤油渗漏检查，放置30min无渗漏，进行打样膏检查钎缝圆角R满足R0.2～R0.7的要求，平行度满足0.05的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，扩压器组件包括带有径向叶片的扩压器和带有叶型孔的扩压器盖，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并通过真空钎焊连接，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对扩压器和扩压器盖进行粗加工，以使得扩压器和扩压器盖分别预留加工余量；
S2、对扩压器和扩压器盖进行预钎焊，以使扩压器和扩压器盖发生热变形，加工应力充分释放；
S3、将步骤S2预钎焊后的扩压器和扩压器盖精加工到位；
S4、对步骤S3中精加工后的扩压器盖的叶型孔处进行吹砂或砂纸打磨处理；
S5、在径向叶片非伸入叶型孔内的基体的顶端处粘贴第一粘带钎料，再将步骤S4中吹砂后的扩压器盖装配到扩压器上，径向叶片的部分基体伸入到叶型孔内并从叶型孔的端面伸出，在叶型孔端面的焊缝处粘贴第二粘带钎料，再添加膏状钎料，获得预制件；
S6、将步骤S5中的预制件加热烘干；
S7、将步骤S6中烘干后的预制件装夹在夹具内；
S8、将带有夹具的预制件进行真空钎焊循环，获得扩压器组件。
2.根据权利要求1所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
所述步骤S5中第一粘带钎料的厚度为0.12mm～0.18mm。
3.根据权利要求1所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
所述步骤S5中第二粘带钎料的厚度为0.22mm～0.28mm，宽度为3.5mm～4.5mm。
4.根据权利要求3所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
所述步骤S2中预钎焊的温度为1050℃～1120℃，预钎焊的时间为10min～60min，真空度≤4×10-2Pa。
5.根据权利要求1所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
步骤S4中吹砂采用180目～240目白刚玉砂，吹砂压力≤0.25MPa；
所述砂纸采用80目～200目砂纸。
6.根据权利要求1所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
步骤S7中的夹具包括：用于对扩压器夹持固定的下夹具和对扩压器盖压紧的上夹具；
所述下夹具包括与扩压器相匹配的环状凹槽基体，所述环状凹槽基体的内侧槽壁的顶部抵顶在径向叶片的底部端面上，所述环状凹槽基体的外侧槽壁延伸至扩压器安装边处且与扩压器安装边间隙配合；
所述上夹具包括用于压紧扩压器盖板的圆环件。
7.根据权利要求6所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
所述扩压器安装边与所述外侧槽壁的间隙距离为0.05mm～0.15mm。
8.根据权利要求6所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
制备所述下夹具的材料的线膨胀系数小于制备所述扩压器的材料的线膨胀系数；
制备所述上夹具的材料的线膨胀系数等于制备所述扩压器盖的材料的线膨胀系数。
9.根据权利要求1所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法，其特征在于，
所述步骤S8中真空钎焊循环包括以下步骤：
将带有夹具的预制件放入真空钎焊炉以5℃/min～15℃/min的速率升温至600℃，保温10min～20min，真空度≤4×10-2Pa后，再以5℃/min～10℃/min的速率升温至1050℃，保温10min～20min，再随炉冷却。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述的航空发动机扩压器组件真空钎焊方法制备获得的扩压器组件。
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