CN114833413A - 一种径向扩压器螺座焊接用夹具及器真空钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种径向扩压器螺座焊接用夹具及器真空钎焊工艺，该径向扩压器真空钎焊工艺改良了螺座钎料的填放方式，将常用的钎料圆周摆放更改为下端面放置和周向少量放置，彻底避免钎焊过程中圆周钎料熔化倒挂在螺座表面，省去了焊后钎料清理工序；考虑到钎焊变形，设计整体钎焊夹具为石墨制材，通过上下压紧的装配方式约束钎焊零件，控制前后盖板的变形跳动，解决了径向扩压器的端面钎焊变形量大、螺座钎料倒挂/淤积干涉等问题；通过将目视检验+随炉试片金相检查、硬度、剪切强度、拉脱力检测的组合检测法用于本零件的两种钎焊缝质量检验，可有效筛选出合格的钎焊零件。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机零部件技术领域，特别是一种径向扩压器真空钎焊工艺及其质量检验方法。
背景技术
径向扩压器组件由径向扩压器、螺座等零件组成，如图1所示，径向扩压器包括上环片1、下环片3和多个导流叶片2，径向扩压器上、下环片各有5个均布的螺座4，上环片1的螺座4与下环片3的螺座4一一对应设置，螺座5与径向扩压器的上、下环片之间采用焊接方式连接，如图2所示，螺座4包括较薄的圆形法兰部42和圆筒形的螺纹部41，法兰部42的周围用于焊接。专利申请号为CN202010633300.9、名称为一种径向扩压器螺座焊接用夹具及其使用方法的专利文献中，记载了上述径向扩压器螺座焊接时所采用的夹具及其使用方法，解决了位置度的问题。
本公司在上述径向扩压器与螺座焊接的过程中，采用的真空钎焊工艺，且真空钎焊通常采用钎料圆周填放方式，加温熔化后钎料通过毛细作用吸入钎焊缝实现连接，但本零件双端面均带有螺座，进炉焊接时必有一面螺座倒挂，若螺座钎料采用圆周放置会造成钎料倒挂；考虑到径向扩压器为薄壁马氏体不锈钢，高温钎焊后前后盖板易变形、端面跳动大，因此必须采取措施解决径向扩压器的端面钎焊变形量大、螺座钎料倒挂/淤积干涉等问题。
且径向扩压器与叶片、螺座焊接后带有两种结构形式的钎缝，分别为叶片与对应上环片或下环片内侧壁之间的T形焊缝、螺座与对应上环片或下环片外侧壁之间的平搭形焊缝，现有技术中的X光和超声检测不能同时检测评判两种焊缝的质量，因此还需设计适合本径向扩压器组件的钎焊缝质量检验方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种径向扩压器螺座焊接用夹具，以及操控简单、精度较高的径向扩压器真空钎焊工艺及其质量检验方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的径向扩压器真空钎焊工艺，包括如下步骤，
A、将各定位销孔内插入凸出设置的定位销，将5个螺座分别放入下座的5个螺座容置槽内，螺座的螺纹部伸入圆筒部，螺座的法兰部置于锥台部的开口端，在螺座法兰部的外环侧壁与锥台部的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座进行初步定位。
B、将定位螺钉由各中心通孔的通孔部旋入中心通孔，使得定位螺钉与螺座螺纹连接，由定位螺钉和两侧的定位销对螺座进行精确定位。
C、将径向扩压器套在下座的下座环台上，使得径向扩压器的下环片紧贴下座的定位座，螺座法兰部端面的钎料置于下环片和螺座之间。
D、将5个螺座分别放入上座的5个螺座容置槽内，螺座的螺纹部伸入圆筒部，螺座的法兰部置于锥台部的开口端，在螺座法兰部的外环侧壁与锥台部的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座进行初步定位；将定位螺钉由各中心通孔的通孔部旋入中心通孔，使得定位螺钉与螺座螺纹连接，由定位螺钉和两侧的定位销对螺座进行精确定位。
E、将装配后的径向扩压器和下座倒置，使得上座的上座环台插入下座环台，且径向扩压器的上环片紧贴上座的定位座，螺座法兰部端面的钎料置于上环片和螺座之间。
F、转动上座，使得下座的下座定位孔与上座的角向定位孔对齐设置，在下座定位孔与角向定位孔内插入角向定位销，以确保上座的螺座和下座的螺座对齐设置。
G、转动径向扩压器，调整径向扩压器的周向位置，使得螺座处于径向扩压器预设的装配位置，旋入径向定位螺钉，使得径向定位螺钉与导流叶片抵接，防止径向扩压器转动，将压紧螺钉旋入上座压紧螺孔和下座压紧螺孔，使得上座、下座对径向扩压器进行固定。
H、对装夹完成的径向扩压器，通过点焊槽对各螺座与对应上环片、或下环片进行点焊定位，然后采用真空钎焊工艺对钎料进行焊接融合，使得螺座的端面、法兰部的外环侧壁通过钎料与对应上环片、或下环片进行焊接固定；同时同炉焊接3个随炉试片，分别为T字形的第一随炉试片、平搭的阶梯形第二随炉试片、螺座与片材焊接后的第三随炉试片。
进一步，所述上座、下座由石墨制得，耐高温且不易变形。
进一步，将焊接后的径向扩压器组件、第一随炉试片、第二随炉试片、第三随炉试片进行同炉回火热处理，回火温度为580-585℃，保温时间不低于2小时。
进一步，所述第一随炉试片用于解剖检查金相组织，第二随炉试片用于检查剪切强度，所述第三随炉试片用于检查硬度和拉脱力。
进一步，上述径向扩压器真空钎焊后的质量检验方法，包括如下步骤，
A、将热处理完成的径向扩压器和第一随炉试片、第二随炉试片、第三随炉试片取出，冷却后用硬度计对第三随炉试片的螺座法兰部进行硬度检查。
B、对第三随炉试片中螺座和片材之间的拉脱力进行检查。
C、对T字形的第一随炉试片进行解剖金相组织检查。
D、对平搭的阶梯形第二随炉试片进行剪切强度检查。
发明的技术效果：（1）本发明的径向扩压器真空钎焊工艺，相对于现有技术，首先改良了螺座钎料的填放方式，将常用的钎料圆周摆放更改为下端面放置和周向少量放置，彻底避免钎焊过程中圆周钎料熔化倒挂在螺座表面，省去了焊后钎料清理工序；由于螺座法兰部的外环侧壁与锥台部的内壁之间间隙较小，有效减少了钎料的放置量，避免焊接过程中多余钎料影响螺座；（2）考虑到钎焊变形，设计整体钎焊夹具为石墨制材，通过上下压紧的装配方式约束钎焊零件，控制前后盖板的变形跳动，解决了径向扩压器的端面钎焊变形量大、螺座钎料倒挂/淤积干涉等问题；（3）由于在螺座下端面放置钎料和法兰部周向少量放置钎料，因此螺座与相应上环片或下环片外壁形成阶梯形平搭结构形式的焊缝，叶片与上环片或下环片内壁之间的T形焊缝结构，由于两种结构的焊缝检测时相互影响，现有的X光和超声检测不能同时检测评判焊缝质量，因此设计了目视检验+随炉试片金相检查、硬度、剪切强度、拉脱力检测的组合检测法用于本零件的钎焊缝质量检验，可有效筛选出合格的钎焊零件。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是径向扩压器组件的立体结构示意图；
图2是螺座的立体结构示意图；
图3是上座的结构示意图；
图4是定位座的局部放大示意图；
图5是上座的剖面结构示意图；
图6是下座的结构示意图；
图7是上座、径向扩压器、下座装配后的剖面结构示意图；
图8是定位螺钉的结构示意图；
图9是径向定位螺钉的结构示意图；
图10是第一随炉试片的示意图；
图11是第二随炉试片的示意图；
图12是第三随炉试片的示意图。
图中：上环片1，导流叶片2，下环片3，螺座4，螺纹部41，法兰部42，上座5，上座环体51，上座环台52，定位座53，角向定位孔54，径向螺孔55，上座压紧螺孔56，螺座容置槽6，点焊槽61，中心通孔62，定位销孔63，承接横梁64，锥台部65，圆筒部66，通孔部67，径向定位螺钉7，下座8，角向定位销81，定位螺钉82，下座定位孔83，压紧螺钉84。
具体实施方式
实施例1
本实施例的径向扩压器真空钎焊工艺，需要用到由石墨制材制得的径向扩压器螺座焊接用夹具，如图3至图9所示，径向扩压器螺座焊接用夹具包括上座5、下座8、与螺座4螺纹配合的定位螺钉82，上座5包括一体成型设置的上座环体51和上座环台52，上座环体51为圆环形，上座环台52凸出设置在上座环体51的前端，以使上座环台52与上座环体51之间形成上座台阶，下座8包括一体成型设置的下座环体和下座环台，下座环台内凹设置，以使下座环台与下座环体之间形成下座台阶，上座环台52与下座环台可以套接配合；下座环台的外径小于径向扩压器的内径（即上环片1和下环片3内径），以使径向扩压器与上座环台52、下座环台套接时，上座环台52伸入下座环台内，下座环台的外壁与径向扩压器的内壁间隙配合。
上座环体51的侧壁、下座环体的侧壁上各均布5个沿径向凸出设置的定位座53，各定位座53的中心贯穿设置圆形的螺座容置槽6，各螺座容置槽6置于同一圆周上，螺座容置槽6内沿径向设置承接横梁64，承接横梁64的中心设置与螺座4形状相适配的中心通孔62，中心通孔62包括锥台部65、圆筒部66和通孔部67，锥台部65开口端的内径不大于螺座法兰部42的外径，圆筒部66的内径大于螺纹部41的外径，通孔部67与定位螺钉82间隙配合，承接横梁64的两侧形成扇形的点焊槽61，中心通孔62的两侧分别设置定位销孔63，螺座4的法兰部42两侧设置浅弧槽，使用时螺座4的螺纹部41伸入中心通孔62，定位销孔63内凸出设置定位销，且定位销卡入法兰部42的浅弧槽，定位螺钉82伸入中心通孔62且与螺座4螺纹连接，由定位销、定位螺钉82对螺座4进行限位，使得螺座4的法兰部42置于锥台部65的开口端，将上座5的上座环台52、下座8的下座环台套入径向扩压器，使得径向扩压器的上环片1紧贴上座5上的定位座53，径向扩压器的下环片3紧贴下座8上的定位座。
为了防止上座5、下座8、径向扩压器装配后转动，径向扩压器螺座焊接用夹具还包括径向定位螺钉，上座环台上设置与径向定位螺钉螺纹配合的径向螺孔，下座环台上设置避让槽，以使上座环台与下座环台套接后，径向定位螺钉可伸出上座环台和下座环台，与径向扩压器的导流叶片抵接。
为了确保径向扩压器上环片的螺座和下环片的螺座装配时一一对应，径向扩压器螺座焊接用夹具还包括角向定位销81，上座环台52上沿轴向设置1个与角向定位销81相适配的角向定位孔54，下座环体上设置与角向定位孔54相对应的下座定位孔83，以使装配后上座5、下座8置于径向扩压器的两端时，角向定位销81插入对应的角向定位孔54和下座定位孔83，确保上座5和下座8的角向位置关系。
径向扩压器螺座焊接用夹具还包括6个压紧螺钉84，上座环台52上均布6个与压紧螺钉84螺纹配合的上座压紧螺孔56，下座环体上均布6个与上座压紧螺孔56一一对应的下座压紧螺孔，以使上座5与下座8装配后由压紧螺钉84进行螺纹连接，对上座5、下座8进行固定。
一种径向扩压器真空钎焊工艺，包括如下步骤，
A、将各定位销孔63内插入凸出设置的定位销，将5个螺座4分别放入下座8的5个螺座容置槽6内，螺座4的螺纹部41伸入圆筒部66，螺座4的法兰部42置于锥台部65的开口端，在螺座法兰部42的外环侧壁与锥台部65的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部42的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部42的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座4进行初步定位。
B、将定位螺钉82由各中心通孔62的通孔部67旋入中心通孔62，使得定位螺钉82与螺座4螺纹连接，由定位螺钉82和两侧的定位销对螺座4进行精确定位。
C、将径向扩压器套在下座8的下座环台上，使得径向扩压器的下环片3紧贴下座8的定位座53，螺座法兰部42端面的钎料置于下环片3和螺座4之间。
D、将5个螺座4分别放入上座5的5个螺座容置槽6内，螺座4的螺纹部41伸入圆筒部66，螺座4的法兰部42置于锥台部65的开口端，在螺座法兰部42的外环侧壁与锥台部65的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部42的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部42的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座4进行初步定位；将定位螺钉82由各中心通孔61的通孔部67旋入中心通孔62，使得定位螺钉82与螺座4螺纹连接，由定位螺钉82和两侧的定位销对螺座4进行精确定位。
E、将装配后的径向扩压器和下座8倒置，使得上座5的上座环台52插入下座环台，且径向扩压器的上环片1紧贴上座5的定位座，螺座法兰部42端面的钎料置于上环片1和螺座4之间。
F、转动上座5，使得下座8的下座定位孔83与上座5的角向定位孔54对齐设置，在下座定位孔83与角向定位孔54内插入角向定位销81，以确保上座5的螺座4和下座8的螺座4对齐设置。
G、转动径向扩压器，调整径向扩压器的周向位置，使得螺座4处于径向扩压器预设的装配位置，旋入径向定位螺钉7，使得径向定位螺钉7与导流叶片2抵接，防止径向扩压器转动，将压紧螺钉84旋入上座压紧螺孔56和下座压紧螺孔，使得上座5、下座8对径向扩压器进行固定。
H、对装夹完成的径向扩压器，通过点焊槽61对各螺座4与对应上环片1、或下环片3进行点焊定位，然后采用真空钎焊工艺对钎料进行焊接融合，使得螺座4的端面、法兰部42的外环侧壁通过钎料与对应上环片1、或下环片3进行焊接固定；同时同炉焊接3个随炉试片，分别为T字形的第一随炉试片、平搭的阶梯形第二随炉试片、螺座与片材焊接后的第三随炉试片。
将焊接后的径向扩压器组件进行回火热处理，并加入T字形的第一随炉试片、平搭的阶梯形第二随炉试片、第三随炉试片，回火温度为580-585℃，保温时间不低于2小时，第一随炉试片用于解剖检查金相组织，第二随炉试片用于检查剪切强度，第三随炉试片用于检查硬度和拉脱力。
实施例2
实施例1所述的径向扩压器真空钎焊工艺的质量检验方法，包括如下步骤：
A、将热处理完成的径向扩压器和第一随炉试片、第二随炉试片、第三随炉试片取出，冷却后用硬度计对第三随炉试片的螺座法兰部进行硬度检查，测得的硬度在22HRC-27.5HRC之间。
B、随第三随炉试片的螺座和片材之间的拉脱力进行检查，螺座与片材之间的拉脱力不低于9810N。
C、对T字形的第一随炉试片进行解剖金相组织检查，确保无裂纹、气泡、夹杂等表面缺陷。
D、对平搭的阶梯形第二随炉试片进行剪切强度检查，抗剪强度不低于196MPa。
通过将目视检验+随炉试片金相检查、硬度、剪切强度、拉脱力检测的组合检测法用于本零件的两种钎焊缝质量检验，可有效筛选出合格的钎焊零件。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种径向扩压器螺座焊接用夹具，其特征在于，包括上座、下座、与螺座螺纹配合的定位螺钉，上座包括一体成型设置的上座环体和上座环台，上座环体为圆环形，上座环台凸出设置在上座环体的前端，以使上座环台与上座环体之间形成上座台阶，下座包括一体成型设置的下座环体和下座环台，下座环台内凹设置，以使下座环台与下座环体之间形成下座台阶，上座环台与下座环台可以套接配合；下座环台的外径小于径向扩压器的内径，以使径向扩压器与上座环台、下座环台套接时，上座环台伸入下座环台内，下座环台的外壁与径向扩压器的内壁间隙配合。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述上座环体的侧壁、下座环体的侧壁上各均布个沿径向凸出设置的定位座，各定位座的中心贯穿设置圆形的螺座容置槽，各螺座容置槽置于同一圆周上，螺座容置槽内沿径向设置承接横梁，承接横梁的中心设置与螺座形状相适配的中心通孔，中心通孔包括锥台部、圆筒部和通孔部，锥台部开口端的内径不大于螺座法兰部的外径，圆筒部的内径大于螺纹部的外径，通孔部与定位螺钉间隙配合，承接横梁的两侧形成扇形的点焊槽，中心通孔的两侧分别设置定位销孔，螺座的法兰部两侧设置浅弧槽，使用时螺座的螺纹部伸入中心通孔，定位销孔内凸出设置定位销，且定位销卡入法兰部的浅弧槽，定位螺钉伸入中心通孔且与螺座螺纹连接，由定位销、定位螺钉对螺座进行限位，使得螺座的法兰部置于锥台部的开口端，将上座的上座环台、下座的下座环台套入径向扩压器，使得径向扩压器的上环片紧贴上座上的定位座，径向扩压器的下环片紧贴下座上的定位座。
3.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述夹具还包括径向定位螺钉，上座环台上设置与径向定位螺钉螺纹配合的径向螺孔，下座环台上设置避让槽，以使上座环台与下座环台套接后，径向定位螺钉可伸出上座环台和下座环台，与径向扩压器的导流叶片抵接。
4.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述夹具还包括角向定位销，上座环台上沿轴向设置个与角向定位销相适配的角向定位孔，下座环体上设置与角向定位孔相对应的下座定位孔，以使装配后上座、下座置于径向扩压器的两端时，角向定位销插入对应的角向定位孔和下座定位孔，确保上座和下座的角向位置关系。
5.根据权利要求2所述的夹具，其特征在于，所述夹具还包括个压紧螺钉，上座环台上均布个与压紧螺钉螺纹配合的上座压紧螺孔，下座环体上均布个与上座压紧螺孔一一对应的下座压紧螺孔，以使上座与下座装配后由压紧螺钉进行螺纹连接，对上座、下座进行固定。
6.一种采用权利要求1所述夹具的径向扩压器真空钎焊工艺，其特征在于，包括如下步骤，
A、将各定位销孔内插入凸出设置的定位销，将5个螺座分别放入下座的5个螺座容置槽内，螺座的螺纹部伸入圆筒部，螺座的法兰部置于锥台部的开口端，在螺座法兰部的外环侧壁与锥台部的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座进行初步定位；
B、将定位螺钉由各中心通孔的通孔部旋入中心通孔，使得定位螺钉与螺座螺纹连接，由定位螺钉和两侧的定位销对螺座进行精确定位；
C、将径向扩压器套在下座的下座环台上，使得径向扩压器的下环片紧贴下座的定位座，螺座法兰部端面的钎料置于下环片和螺座之间；
D、将5个螺座分别放入上座的5个螺座容置槽内，螺座的螺纹部伸入圆筒部，螺座的法兰部置于锥台部的开口端，在螺座法兰部的外环侧壁与锥台部的内壁之间沿周向填充钎料，并在法兰部的端面上敷设钎料，且各螺座法兰部的浅弧槽卡入定位销，由定位销对螺座进行初步定位；将定位螺钉由各中心通孔的通孔部旋入中心通孔，使得定位螺钉与螺座螺纹连接，由定位螺钉和两侧的定位销对螺座进行精确定位；
E、将装配后的径向扩压器和下座倒置，使得上座的上座环台插入下座环台，且径向扩压器的上环片紧贴上座的定位座，螺座法兰部端面的钎料置于上环片和螺座之间；
F、转动上座，使得下座的下座定位孔与上座的角向定位孔对齐设置，在下座定位孔与角向定位孔内插入角向定位销，以确保上座的螺座和下座的螺座对齐设置；
G、转动径向扩压器，调整径向扩压器的周向位置，使得螺座处于径向扩压器预设的装配位置，旋入径向定位螺钉，使得径向定位螺钉与导流叶片抵接，防止径向扩压器转动，将压紧螺钉旋入上座压紧螺孔和下座压紧螺孔，使得上座、下座对径向扩压器进行固定；
H、对装夹完成的径向扩压器，通过点焊槽对各螺座与对应上环片、或下环片进行点焊定位，然后采用真空钎焊工艺对钎料进行焊接融合，使得螺座的端面、法兰部的外环侧壁通过钎料与对应上环片、或下环片进行焊接固定；同时同炉焊接3个随炉试片，分别为T字形的第一随炉试片、平搭的阶梯形第二随炉试片、螺座与片材焊接后的第三随炉试片。
7.根据权利要求6所述的径向扩压器真空钎焊工艺的质量检验方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将热处理完成的径向扩压器和第一随炉试片、第二随炉试片、第三随炉试片取出，冷却后用硬度计对第三随炉试片的螺座法兰部进行硬度检查；
B、对第三随炉试片中螺座和片材之间的拉脱力进行检查；
C、对T字形的第一随炉试片进行解剖金相组织检查；
D、对平搭的阶梯形第二随炉试片进行剪切强度检查。
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