CN114643432A - 航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法，其包括三次真空钎焊和两次激光焊。通过调整不同真空钎焊中采用的钎料类型、焊缝间隙以及装配顺序等并且选择合适的焊接参数(包括钎焊温度和保温时间)，实现了包括由多种材料制成的多个组成零件的航空发动机燃油喷嘴组件的高质量焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及航空发动机燃油喷嘴组件的真空钎焊与激光焊组合的焊接方法。
背景技术
航空发动机燃油喷嘴组件的结构较为复杂，其中涉及喷油杆芯、活门安装座等多个零件。这些零件分别采用了GH3536、GH5188、DD6、3D打印Hastelloy X合金等多种高温合金材料进行制备，同时考虑到航空发动机燃油喷嘴组件的复杂的内腔结构及其较高的使用要求，采用常规氩弧焊工艺进行焊接存在焊缝质量差且变形较大的缺点，因而不能满足当前航空发动机燃油喷嘴组件的设计使用要求。现有技术CN102649187A提到在燃气轮机燃烧室燃气喷嘴的焊接中采用真空钎焊代替手工氩弧焊，焊接的焊缝成形容易，焊接质量好，并且实现了减少焊接变形。然而，CN102649187A中公开的焊接工艺对于其中的多次真空钎焊均采用同种钎料(BNi73CrSiB-40Ni-S)，在这种情况下如果焊接工艺控制不当则会导致钎料重熔，进而导致焊缝失效，因此燃油喷嘴组件会存在漏油、窜油的风险。由于燃油喷嘴组件的焊接一直是航空发动机制造过程中的关键过程，因而对燃油喷嘴组件焊接工艺的进一步优化存在持续的需求。
发明内容
本发明的目的是通过进一步优化焊接工艺来解决采用现有技术工艺焊接航空发动机燃油喷嘴组件所存在的焊接质量差(包括焊缝开裂、未焊合等)、焊接变形大的技术问题。本发明的组合焊接方法采用三次真空钎焊与两次激光焊组合。其中焊接可达性较差且对强度要求不高处采用了真空钎焊，而对有一定强度要求、且壁厚较薄处采用了激光焊方法以减小热输入从而降低变形的风险。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案如下：
航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法，其包括以下步骤：
步骤一，备件：准备好燃油喷嘴组件的组成零件，清理各个待焊零件表面、工作台及工装；
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm～0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1160℃～1175℃，保温时间20min～30min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头；
步骤四，第一次激光焊：安装步骤三得到的喷油杆芯组件与集油环外壳，对喷油杆芯组件与集油环外壳的连接处进行激光焊接,采用的激光功率为200W-250W，焊接速率为8mm/min-10mm/min；
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤四得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm～0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1050℃～1070℃，保温时间20min～30min，钎焊完成后得到组件；
步骤七，第二次激光焊：对步骤六得到的组件的喷嘴杆外壳与活门安装座的连接处进行激光焊接，采用的激光功率为700W-750W，焊接速率为6mm/min-8mm/min；
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤七得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.015mm～0.035mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1000℃～1030℃，保温时间20min～30min。
通过上述方法焊接的航空发动机燃油喷嘴组件主要由活门安装座a、喷嘴杆外壳b、集油环外壳c、级间段d、堵头e、喷油杆芯f、旋流芯g和接头h组成，详见图1所示。
在一个示例性实施方案中，在步骤二中：在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm～0.06mm。
在一个示例性实施方案中，在步骤五中：在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm～0.06mm。
在一个示例性实施方案中，在步骤八中：在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.02mm～0.03mm。
在一个示例性实施方案中，在步骤三中钎焊温度为1165℃～1172℃，保温时间23min～26min。
在一个示例性实施方案中，在步骤六中钎焊温度为1055℃～1065℃，保温时间23min～26min。
在一个示例性实施方案中，在步骤九中钎焊温度为1018℃～1025℃，保温时间23min～26min。
本发明的有益效果：
本发明采用三次真空钎焊与两次激光焊组合的焊接技术替代传统的手工氩弧焊和单一的真空钎焊，实现了焊缝质量好、焊接变形小的技术效果。通过调整不同真空钎焊中采用的钎料类型、焊缝间隙以及装配顺序等，选择合适的焊接参数(包括钎焊温度和保温时间)，实现了包括由多种材料制成的多个组成零件的航空发动机燃油喷嘴组件的高质量焊接。其中，多次钎焊采用不同种类的钎料，增大了多次钎焊的温度梯度，避免了后续钎焊时前道钎焊位置钎料重熔的风险。这明显提高了燃油喷嘴组件的焊接质量，缩短了制造周期，降低了生产成本，满足燃油喷嘴组件在航空发动机上的使用要求。此外，本发明采用的是三次真空钎焊与两次激光焊组合焊接的方法，与两次真空钎焊与两次激光焊组合焊接的方法相比，当第二次真空钎焊存在缺陷时能同时在第三次钎焊时进行补焊，可有效降低补焊次数，保证焊缝质量。
附图说明
图1为通过根据本发明的方法所焊接的航空发动机燃油喷嘴组件的结构示意图；
图2为根据本发明的方法的工艺流程图；
图3为通过根据本发明的方法所焊接的航空发动机燃油喷嘴组件的钎焊焊缝的典型形貌照片；
图4为通过根据本发明的方法所焊接的航空发动机燃油喷嘴组件的激光焊焊缝的典型形貌照片。
具体实施方式
以下详细说明了根据本发明的航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法的一些具体实施例，以便于更加充分地说明本发明的一些和其他特征与优势。应该理解，这些实施例仅为示例性的，并且本发明的范围不受限于此。
实施例1
本实施例提供了一种航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法，其包括以下具体步骤：
步骤一，备件：准备好燃油喷嘴组件的组成零件，清理各个待焊零件表面、工作台及工装；
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1160℃，保温时间20min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头；
步骤四，第一次激光焊：安装步骤三得到的喷油杆芯组件与集油环外壳，进行激光焊接,采用的激光功率为200W，焊接速率为10mm/min；
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤三得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1050℃，保温时间20min，钎焊完成后得到组件；
步骤七，第二次激光焊：对步骤六得到的组件的喷嘴杆外壳与活门安装座的连接处进行激光焊接，采用的激光功率为700W，焊接速率为8mm/min；
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤六得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.015mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1000℃，保温时间20min。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤二、步骤三和步骤四如下：
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1175℃，保温时间30min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头；
步骤四，第一次激光焊：安装步骤三得到的喷油杆芯组件与集油环外壳，进行激光焊接,采用的激光功率为250W，焊接速率为8mm/min；
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤五、步骤六和步骤七如下：
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤三得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1070℃，保温时间30min；
步骤七，第二次激光焊：对步骤六得到的组件喷嘴杆外壳与活门安装座的连接处进行激光焊接，采用的激光功率为750W，焊接速率为6mm/min；
实施例4
本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于步骤九如下：
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1030℃，保温时间30min。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤九如下：
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1030℃，保温时间20min。
实施例6
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于步骤九如下：
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1020℃，保温时间20min。
实施例7
本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于步骤六如下：
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1060℃，保温时间20min。
实施例8
本实施例与实施例7基本相同，不同之处在于步骤八和步骤九如下：
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤六得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.035mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1030℃，保温时间20min。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤三如下：
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1170℃，保温时间25min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头。
实施例10
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤二和步骤三如下：
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1172℃，保温时间26min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头。
实施例11
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤二和步骤三如下：
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.06mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1165℃，保温时间23min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头。
实施例12
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤五和步骤六以及步骤八和步骤九如下：
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤三得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1065℃，保温时间26min，钎焊完成后得到组件；
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤六得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.02mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1025℃，保温时间26min。
实施例13
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤五和步骤六以及步骤八和步骤九如下：
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤三得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.06mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1055℃，保温时间23min，钎焊完成后得到组件；
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤六得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1018℃，保温时间23min。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
除非另外限定，本文使用的所有技术和科学术语具有这些示例性实施方案所属领域的普通技术人员常理解的相同含义。本文描述中使用的术语表述仅用于描述示例性实施方案并不意图为限制示例性实施方案。因此，整体发明构思不意图被限制为本文说明的特定实施方案。虽然本文描述了优选方法和材料，但是可在本发明的实践或测试中使用与本文描述的那些类似或等同的其它方法和材料。
除非另外指出，否则说明书和权利要求书中使用的表示成分的量、化学和分子性质、反应条件等的所有数字应理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。因此，除非相反地指出，说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是可取决于通过本文示例性实施方案寻求获得的期望性质而变化的近似值。至少每个数值参数应当根据有效数字的数值和普通的舍入方法来解释。
尽管阐述示例性实施方案的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但尽可能精确地报告在具体实施例中阐述的数值。然而，任何数值固有地含有由在它们各自的测试测量中发现的标准偏差所必然产生的某些误差。在整个说明书和权利要求书中给出的每个数值范围将包括落入这样的较宽数值范围内的每个较窄的数值范围，如同在本文中也明确地写出这样的较窄的数值范围。此外，实施例中报告的任何数值可用于限定本文公开的较宽组成范围的上端点或下端点。
Claims (7)
1.一种航空发动机燃油喷嘴组件的组合焊接方法，其包括以下步骤：
步骤一，备件：准备好燃油喷嘴组件的组成零件，清理各个待焊零件表面、工作台及工装；
步骤二，第一次钎焊前准备：安装喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头，在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm～0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤三，第一次钎焊：将按照步骤二涂好钎料的喷油杆芯及堵头、活门安装座及接头装炉进行第一次钎焊，钎焊温度为1160℃～1175℃，保温时间20min～30min，钎焊完成后得到喷油杆芯组件和活门安装座组件，所述喷油杆芯组件包含喷油杆芯和堵头，所述活门安装座组件包括活门安装座和接头；
步骤四，第一次激光焊：安装步骤三得到的喷油杆芯组件与集油环外壳，对喷油杆芯组件与集油环外壳的连接处进行激光焊接,采用的激光功率为200W-250W，焊接速率为8mm/min-10mm/min；
步骤五，第二次钎焊前准备：安装步骤四得到的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳，在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.03mm～0.1mm；待钎料晾干后，将多余的钎料用刮刀刮出并清理干净，随后将涂好膏状钎料的零件放入温度为130℃～150℃的烘箱内干燥，到温后保温时间为0.5h～2h；
步骤六，第二次钎焊：将按照步骤五涂好钎料的喷油杆芯组件、活门安装座组件、级间段及喷嘴杆外壳装炉进行第二次钎焊，钎焊温度为1050℃～1070℃，保温时间20min～30min，钎焊完成后得到组件；
步骤七，第二次激光焊：对步骤六得到的组件的喷嘴杆外壳与活门安装座的连接处进行激光焊接，采用的激光功率为700W-750W，焊接速率为6mm/min-8mm/min；
步骤八，第三次钎焊前准备：安装步骤七得到的组件与旋流芯，在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.015mm～0.035mm；
步骤九，第三次钎焊：将按照步骤八安装好的组件与旋流芯进行第三次真空钎焊，钎焊温度为1000℃～1030℃，保温时间20min～30min。
2.根据权利要求1所述的方法，在步骤二中：在钎焊部位涂抹BCo-1膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm～0.06mm。
3.根据权利要求1所述的方法，在步骤五中：在钎焊部位涂抹BNi-2膏状钎料，焊缝间隙控制在0.04mm～0.06mm。
4.根据权利要求1所述的方法，在步骤八中：在钎焊部位缠绕BAu-4丝状钎料，焊缝间隙控制在0.02mm～0.03mm。
5.根据权利要求1所述的方法，在步骤三中：钎焊温度为1165℃～1172℃，保温时间23min～26min。
6.根据权利要求1所述的方法，在步骤六中：钎焊温度为1055℃～1065℃，保温时间23min～26min。
7.根据权利要求1所述的方法，在步骤九中：钎焊温度为1018℃～1025℃，保温时间23min～26min。
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