CN115246027B - 管道组件、发动机及管道组件焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道组件、发动机及管道组件焊接工艺。管道组件包括筒形件与内轴件，所述筒形件具有内腔，所述内轴件设置于所述内腔中，所述内轴件具有中央管路和第一连通孔，所述中央管路沿所述内轴件的轴向延伸，所述第一连通孔沿所述内轴件的径向延伸以使得所述内腔与所述中央管路连通，内轴件具有焊接段，所述焊接段靠近所述第一连通孔的一端设置有第一台阶部，所述第一台阶部与所述筒形件的内腔的内壁间隙配合，以使得所述筒形件与所述内轴件同轴。第一台阶部相对于焊接段沿径向朝外突出，内轴件通过第一台阶部与内腔实现间隙配合，以保证筒形件与内轴件同轴，同时也保证了中央管路与内腔的同轴度。

Description

管道组件、发动机及管道组件焊接工艺

技术领域

本发明涉及管道组件、发动机及管道组件焊接工艺。

背景技术

随着焊接技术的不断发展，在航空发动机的燃油喷嘴、叶片和盘轴等关键零部件均大量采用了焊接结构。焊接结构可减轻重量，提高结构的可靠性，还可以代替整体锻造、铸造或增材制造结构，降低成型工艺复杂性。

在燃油喷嘴组件中，如图1所示，需要使用包括筒形件1和内轴件2的管道组件，其中，筒形件1和内轴件2为异种材料，热膨胀系数差异较大。将内轴件2嵌入筒形件1，通过钎焊工艺进行连接。钎焊缝间隙对焊缝质量有重要的影响：钎焊缝过大时可能导致钎料的毛细作用降低，钎焊缝产生未焊合与孔洞等缺陷，如图2所示，箭头A所指向的区域已焊合，而箭头B所指向的区域并未焊合；钎焊缝过小时可能阻碍钎料流动，同样将导致未焊合等缺陷。一般情况下，焊缝间隙应介于50～150μm。在该间隙范围内，钎焊缝质量较好且焊缝间隙较易控制。该组合件中，燃油通过第一孔11和第二孔21汇入中央管路22，与中央管路22中的油料汇合后喷出。该组合件的油料传输效果主要取决于筒形件1和内轴件2的同轴度。为确保喷油的角度和稳定性，要求筒形件1和内轴件2有很高的钎焊同轴度。若同轴度偏差较大，则组合件的油料传输效果明显降低。

在钎焊过程中，将钎焊缝31间隙设置为50～120μm，并将钎料涂抹于钎焊缝31处。在这种情况下，钎焊后筒形件1和内轴件2的同轴度偏差较大，影响了组合件的油料喷出效果。此外，筒形件1和内轴件2热膨胀系数差异较大(约1.5倍)，焊后冷却时在钎焊缝产生拉应力或压应力，钎焊缝会出现裂纹等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中燃油喷嘴组件的缺陷，提供一种管道组件、发动机及管道组件焊接工艺。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种管道组件，所述管道组件包括：

筒形件，所述筒形件具有内腔；

内轴件，所述内轴件设置于所述内腔中，所述内轴件具有中央管路和第一连通孔，所述中央管路沿所述内轴件的轴向延伸，所述第一连通孔沿所述内轴件的径向延伸以使得所述内腔与所述中央管路连通，

所述内轴件具有焊接段，所述焊接段靠近所述第一连通孔的一端设置有第一台阶部，所述第一台阶部与所述筒形件的内腔的内壁间隙配合，以使得所述筒形件与所述内轴件同轴。

在本方案中，第一台阶部相对于焊接段沿径向朝外突出，内轴件通过第一台阶部与内腔实现间隙配合，以保证筒形件与内轴件同轴，同时也保证了中央管路与内腔的同轴度，在钎焊时，焊接段与筒形件的内腔之间形成焊缝，由于第一台阶部与内腔相配合，因此焊缝的间隙更加均匀、也更容易控制，从而改善了焊接效果，而且第一台阶部能够阻止熔化的钎料向焊接段之外的区域扩散，因此也提高了焊接质量。

较佳地，所述第一台阶部与所述内腔的内壁的间隙为10～20μm，所述第一台阶部在轴向上的尺寸小于焊接段在轴向上的尺寸。

在本方案中，第一台阶部与内腔的内壁之间的间隙较小，因此内轴件的在内腔中可晃动的范围较小，有利于保证中央管路与内腔的同轴度，而且第一台阶部在轴向上的尺寸。第一台阶部在轴向上的尺寸较小，优选为0.5～1.5mm，以便于精确控制第一台阶部与内腔之间的间隙。

较佳地，所述焊接段的外壁与所述内腔的内壁的间距为50～120μm。

在本方案中，焊接段的外壁与内腔的内壁之间构成焊缝，在该间距范围内，钎焊缝质量较好且焊缝间隙较易控制。

较佳地，所述焊接段的外壁开设有钎料槽。

在本方案中，钎料槽可以容纳丝状的钎料，在焊接准备阶段，钎料可以方便地缠绕在钎料槽内，在钎焊时，钎料槽内熔化的钎料在毛细作用力的作用下能够扩散到焊接段与内腔之间的焊缝中。

较佳地，所述钎料槽临近所述第一台阶部设置。

在本方案中，在毛细作用力的作用下，熔化的钎料能够在焊接段与内腔的内壁之间的焊缝中扩散，同时，第一台阶部能够阻止钎料槽内熔化的钎料朝着远离焊接段的方向扩散，从而较好地控制焊接质量。

较佳地，所述钎料槽的槽底为弧形。

在本方案中，钎料槽的形状与丝状钎料的形状相适配，便于钎料的安装、同时能够节省钎料，优选地，钎料槽的深度大于丝状钎料的丝径，以使得丝状钎料能够被完全设置在钎料槽内，进一步优选地，钎料槽的深度为1mm，丝状钎料的丝径为0.8mm。

较佳地，所述内轴件具有第二台阶部，所述内腔具有第三台阶部，所述第二台阶部轴向抵于所述第三台阶部，所述第一连通孔位于所述第一台阶部与所述第二台阶部之间。

在本方案中，第二台阶部与第三台阶部之间的配合使得筒形件与内轴件之间实现轴向定位，内轴件在第一台阶部与第二台阶部之间区域与内腔之间存在间距，该间距构成流体进入第一连通孔的通道。

较佳地，所述第二台阶部的径向端部与所述内腔的内壁相配合。

在本方案中，第二台阶部同样也起到了保证筒形件与内轴件同轴度的作用。

一种发动机，所述发动机包括如前所述的管道组件。

在本方案中，由于发动机应用有上述管道组件，使得筒形件与内轴件之间的同轴度较好，确保喷油的角度和稳定性，油料喷出效果较好，从而使得发动机的性能有了可靠保证。

一种管道组件焊接方法，所述管道组件焊接方法包括以下步骤：

提供如前所述的管道组件；

清洗筒形件和内轴件，确认待焊表面清洁度符合要求，并烘干待用；

将钎料设置于内轴件的焊接段上；

将内轴件装配到筒形件的内腔中；

将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊。

在本方案中，通过使用如前所述的管道组件，能够保证筒形件与内轴件之间的同轴度，在将钎料设置好并将管道组件装配完成后，可以进行后续的钎焊，从而得到油料传输效果良好的管道组件。

较佳地，所述焊接段的外壁开设有钎料槽，钎料为丝状，钎料缠绕于所述钎料槽内。

在本方案中，丝状钎料能够方便地缠绕于钎料槽内，且所使用的钎料量较少，丝状钎料在加热时不发生收缩，可有效填充钎焊缝。

较佳地，所述钎料为金含量20wt.％以上的金镍基钎料。

在本方案中，金含量的提高有利于提高焊缝延伸率，因此在焊后冷却时，即使筒形件与内轴件的材料不同、收缩量不一致，也能够降低出现未焊合和裂纹等缺陷的风险。

较佳地，所述将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊包括：

炉内压强低于4×10^-2Pa条件下，开始加热升温，加热到钎焊温度960～1050℃保温10～30分钟，焊后在1h～12h内冷却到580～620℃，最后随炉冷至低于80℃后出炉。

在本方案中，采用焊后缓冷的工艺规范，防止零件收缩速率过快，造成筒形件和内轴件焊后冷却时收缩量不一致造成的未焊合和裂纹等缺陷。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的管道组件，第一台阶部相对于焊接段沿径向朝外突出，内轴件通过第一台阶部与内腔实现间隙配合，以保证筒形件与内轴件同轴，同时也保证了中央管路与内腔的同轴度，在钎焊时，焊接段与筒形件的内腔之间形成焊缝，由于第一台阶部与内腔相配合，因此焊缝的间隙更加均匀、也更容易控制，从而改善了焊接效果，而且第一台阶部能够阻止熔化的钎料向焊接段之外的区域扩散，因此也提高了焊接质量；利用本发明的焊接方法，钎焊后筒形件与内轴件的同轴度良好，焊缝质量较高，能够有效较少甚至避免裂纹与未焊合等缺陷，焊缝室温剪切强度超过160MPa，600℃剪切强度超过80MPa，使组件的油料传输效果符合设计使用要求，为筒形件与内轴件精密零件在航空发动机中的应用提供技术支撑。

附图说明

图1为现有技术中管道组件的内部结构示意图。

图2为利用现有技术钎焊得到的管道组件的截面的照片。

图3为本发明一实施例的管道组件的内部结构示意图。

图4为本发明一实施例的管道组件焊接方法的流程图。

图5为本发明一实施例的管道组件焊接方法在钎焊时的温度-时间关系曲线图。

图6为利用本发明一实施例的管道组件焊接方法得到的管道组件的截面的照片。

附图标记说明

筒形件1

第一孔11

第二连通孔12

内腔13

第三台阶部14

内轴件2

第二孔21

中央管路22

第一连通孔23

焊接段24

第一台阶部25

第二台阶部26

钎料槽27

钎焊缝31

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

本发明提供一种管道组件，如图3所示，管道组件包括筒形件1与内轴件2，其中，筒形件1具有内腔13，内轴件2设置于内腔13中，内轴件2具有中央管路22和第一连通孔23，中央管路22沿内轴件2的轴向延伸，第一连通孔23沿内轴件2的径向延伸以使得内腔13与中央管路22连通，筒形件1具有沿径向延伸的第二连通孔12，流体能够从第二连通孔12经内腔13、第一连通孔23进入到中央管路22中。

内轴件2具有焊接段24，焊接段24靠近第一连通孔23的一端设置有第一台阶部25，第一台阶部25与筒形件1的内腔13的内壁间隙配合，以使得筒形件1与内轴件2同轴。第一台阶部25相对于焊接段24沿径向朝外突出，内轴件2通过第一台阶部25与内腔13实现间隙配合，以保证筒形件1与内轴件2同轴，同时也保证了中央管路22与内腔13的同轴度，在钎焊时，焊接段24与筒形件1的内腔13之间形成焊缝，由于第一台阶部25与内腔13相配合，因此焊缝的间隙更加均匀、也更容易控制，从而改善了焊接效果，而且第一台阶部25能够阻止熔化的钎料向焊接段24之外的区域扩散，因此也提高了焊接质量。

作为优选的实施方式，第一台阶部25与内腔13的内壁的间隙为10～20μm，第一台阶部25与内腔13的内壁之间的间隙较小，因此内轴件2的在内腔13中可晃动的范围较小，有利于保证中央管路22与内腔13的同轴度，而且第一台阶部25在轴向上的尺寸。

进一步地，第一台阶部25在轴向上的尺寸小于焊接段24在轴向上的尺寸，第一台阶部25在轴向上的尺寸较小，优选为0.5～1.5mm，进一步优选为1mm，以便于精确控制第一台阶部25与内腔13之间的间隙。

焊接段24的外壁与内腔13的内壁的间距为50～120μm。焊接段24的外壁与内腔13的内壁之间构成焊缝，在该间距范围内，钎焊缝31质量较好且焊缝间隙较易控制。

参见图3所示，焊接段24的外壁开设有钎料槽27，钎料槽27可以为环形，并环绕内轴件2的轴心线设置，钎料槽27可以容纳丝状的钎料，在焊接准备阶段，钎料可以方便地缠绕在钎料槽27内，在钎焊时，钎料槽27内熔化的钎料在毛细作用力的作用下能够扩散到焊接段24与内腔13之间的焊缝中。

钎料槽27临近第一台阶部25设置，在毛细作用力的作用下，熔化的钎料能够在焊接段24与内腔13的内壁之间的焊缝中扩散，同时，第一台阶部25能够阻止钎料槽27内熔化的钎料朝着远离焊接段24的方向扩散，从而较好地控制焊接质量。

作为优选的实施方式，钎料槽27的槽底为弧形，因此，钎料槽27的形状与丝状钎料的形状相适配，便于钎料的安装、同时能够节省钎料，优选地，钎料槽27的深度大于丝状钎料的丝径，以使得丝状钎料能够被完全设置在钎料槽27内，避免内轴件2无法插入到内腔13中。具体在本实施例中，钎料槽27的深度为1mm，丝状钎料的丝径为0.8mm。

优选地，钎料为金含量20wt.％以上的金镍基钎料，金含量的提高有利于提高焊缝延伸率，因此在焊后冷却时，即使筒形件1与内轴件2的材料不同、收缩量不一致，也能够降低出现未焊合和裂纹等缺陷的风险。具体在本实施例中，使用的金镍基钎料为AMS4787钎料。

内轴件2具有第二台阶部26，内腔13具有第三台阶部14，第二台阶部26轴向抵于第三台阶部14，第一连通孔23位于第一台阶部25与第二台阶部26之间。第二台阶部26与第三台阶部14之间的配合使得筒形件1与内轴件2之间实现轴向定位，内轴件2在第一台阶部25与第二台阶部26之间区域与内腔13之间存在间距，该间距构成流体(如，油料)从第二连通孔进入第一连通孔的通道。

此外，第二台阶部26的径向端部也可以与内腔13的内壁相配合，因此，第二台阶部26同样也起到了保证筒形件1与内轴件2同轴度的作用，即，第一台阶部25与第二台阶部26共同起到保证筒形件1与内轴件2同轴度的作用。

本实施例还提供一种发动机，发动机包括如前的管道组件。由于发动机应用有上述管道组件，使得筒形件1与内轴件2之间的同轴度较好，确保喷油的角度和稳定性，油料喷出效果较好，从而使得发动机的性能有了可靠保证。

如图4与图5所示，本实施例还提供一种管道组件焊接方法，可以应用于本实施例的管道组件的钎焊过程，管道组件焊接方法包括以下步骤：

提供如前的管道组件；

清洗筒形件1和内轴件2，确认待焊表面清洁度符合要求，并烘干待用；

将钎料设置于内轴件2的焊接段24上；

将内轴件2装配到筒形件1的内腔13中；

将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊。

通过使用如前的管道组件，能够保证筒形件1与内轴件2之间的同轴度，在将钎料设置好并将管道组件装配完成后，可以进行后续的钎焊，从而得到油料传输效果良好的管道组件。其中，清洗筒形件1和内轴件2使用无水乙醇进行清洗。

具体在本实施例中，焊接段24的外壁开设有钎料槽27，钎料为丝状，钎料缠绕于钎料槽27内。丝状钎料能够方便地缠绕于钎料槽27内，且所使用的钎料量较少，丝状钎料在加热时不发生收缩，可有效填充钎焊缝31。

由于筒形件1与内轴件2为不同的材料，特别是在某些情况下，二者的冷却时的收缩量差距较大，为防止在冷却时产生焊接缺陷，本实施例采用焊后缓冷的工艺规范。具体地，将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊包括：

炉内压强低于4×10^-2Pa条件下，开始加热升温，加热到钎焊温度960～1050℃保温10～30分钟，焊后在1h～12h内冷却到580～620℃，最后随炉冷至低于80℃后出炉。

采用焊后缓冷的工艺规范，防止零件收缩速率过快，从而减少筒形件1和内轴件2焊后冷却时收缩量不一致造成的未焊合和裂纹等缺陷。具体在本实施例中，参见图5所示，管道组件在炉内加热到钎焊温度1020℃保温10分钟，焊后在4h冷却到600℃，最后随炉冷至低于80℃后出炉。

通过采用上述焊接工艺，得到的管道组件的焊接质量较高(如图6所示)，解剖焊缝后没有发现局部未焊合和裂纹等问题，筒形件1和内轴件2的同轴度良好。对焊缝剪切强度进行测试，室温剪切强度超过160MPa，600℃剪切强度超过80MPa，满足设计使用要求。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种管道组件，所述管道组件包括：

筒形件，所述筒形件具有内腔；

内轴件，所述内轴件设置于所述内腔中，所述内轴件具有中央管路和第一连通孔，所述中央管路沿所述内轴件的轴向延伸，所述第一连通孔沿所述内轴件的径向延伸以使得所述内腔与所述中央管路连通，

其特征在于，所述内轴件具有焊接段，所述焊接段靠近所述第一连通孔的一端设置有第一台阶部，所述第一台阶部与所述筒形件的内腔的内壁间隙配合；

所述内轴件还具有第二台阶部，所述第一连通孔位于所述第一台阶部与所述第二台阶部之间；所述内轴件在所述第一台阶部与所述第二台阶部之间区域与所述内腔之间存在间距，该间距构成流体从第二连通孔进入第一连通孔的通道；

所述第二台阶部的径向端部与所述内腔的内壁相配合，第一台阶部与第二台阶部共同起到保证筒形件与内轴件同轴度的作用。

2.如权利要求1所述的管道组件，其特征在于，所述第一台阶部与所述内腔的内壁的间隙为10～20μm，所述第一台阶部在轴向上的尺寸小于所述焊接段在轴向上的尺寸。

3.如权利要求1或2所述的管道组件，其特征在于，所述焊接段的外壁与所述内腔的内壁的间距为50～120μm。

4.如权利要求1所述的管道组件，其特征在于，所述焊接段的外壁开设有钎料槽。

5.如权利要求4所述的管道组件，其特征在于，所述钎料槽临近所述第一台阶部设置。

6.如权利要求4所述的管道组件，其特征在于，所述钎料槽的槽底为弧形。

7.如权利要求1所述的管道组件，其特征在于，所述内轴件具有第二台阶部，所述内腔具有第三台阶部，所述第二台阶部轴向抵于所述第三台阶部，所述第一连通孔位于所述第一台阶部与所述第二台阶部之间。

8.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括如权利要求1-7中任意一项所述的管道组件。

9.一种管道组件焊接方法，其特征在于，所述管道组件焊接方法包括以下步骤：

提供如权利要求1-7中任意一项所述的管道组件；

清洗筒形件和内轴件，确认待焊表面清洁度符合要求，并烘干待用；

将钎料设置于内轴件的焊接段上；

将内轴件装配到筒形件的内腔中；

将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊。

10.如权利要求9所述的管道组件焊接方法，其特征在于，所述焊接段的外壁开设有钎料槽，钎料为丝状，钎料缠绕于所述钎料槽内。

11.如权利要求9所述的管道组件焊接方法，其特征在于，所述钎料为金含量20wt.％以上的金镍基钎料。

12.如权利要求10所述的管道组件焊接方法，其特征在于，所述钎料为金含量20wt.％以上的金镍基钎料。

13.如权利要求9所述的管道组件焊接方法，其特征在于，所述将装配完成后的管道组件放进炉中进行钎焊包括：

炉内压强低于4×10^-2Pa条件下，开始加热升温，加热到钎焊温度960～1050℃保温10～30分钟，焊后在1h～12h内冷却到580～620℃，最后随炉冷至低于80℃后出炉。