CN115647568A

CN115647568A - 一种优化线性摩擦焊接头结构的方法

Info

Publication number: CN115647568A
Application number: CN202211415663.0A
Authority: CN
Inventors: 刘佳涛; 帅焱林; 赵强; 付强; 祝文卉
Original assignee: AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Shenyang Liming Aero Engine Co Ltd
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明属于焊接技术领域，特别是一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，对航空发动机制造领域的整体叶盘类零件的线性摩擦焊接接头结构优化。该方法包括如下步骤：在等截面焊接接头设计完成后，将等截面焊接接头截面的直角边改为弧形过渡设计，在焊接接头侧面和夹持块肩部之间做圆弧倒角，形成变截面焊接接头；将变截面焊接接头顶部的圆角设计改为多边形设计，且多边形面积必须大于圆角面积；完成焊接接头优化设计。本发明能够提高整体叶盘类零件的线性摩擦焊接接头成形质量，改善整体叶盘零件焊接接头强度，进一步提高线性摩擦焊接类整体叶盘零件的产品合格率和制造可靠性。

Description

一种优化线性摩擦焊接头结构的方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别是一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，对航空发动机制造领域的整体叶盘类零件的线性摩擦焊接接头结构优化。

背景技术

线性摩擦焊接技术是整体叶盘类零件的关键制造技术，线性摩擦焊接结构对产品的最终尺寸精度有决定性影响。传统线性摩擦焊接结构采用尖端圆角过渡及等截面接头结构，零件在焊接过程中，焊接界面承受冲击力大，焊接界面容易出现局部未焊合缺陷，零件焊接重复性差，导致零件合格率低。

专利CN201710454317.6公开了一种提高线性摩擦焊缩短量精度的方法，通过预先的测试设置参考区并计算工件在参考区内的平均速度，划分速度区间并设定与速度区间相对应的调整值，从而提高缩短量精度。只是针对零件缩短量方向(Z方向)的焊接精度进行了控制，未涉及零件焊接接头的结构优化方法。

专利CN201811308931.2公开了一种线性摩擦焊接过程中飞边变形控制装置及方法，该装置包括焊接夹具和限制挡块，所述焊接夹具用于安装焊接零件，能够有效解决飞边干涉相邻焊接部位的问题，保证了焊接零件与被焊接件的顺利焊接过程，显著提高了焊接效率。只是针对零件的焊接工装进行了优化设计，未涉及零件焊接接头的结构优化方法。

专利CN201811311708.3公开了一种叶片线性摩擦焊接接头质量控制方法及装置，提出了一种叶片线性摩擦焊接接头质量控制装置，克服传统多边形、菱形截面容易在角部产生未焊合缺陷的问题，有效的降低构件的焊接面积并保证焊接接头的质量，并很大程度上减少贵重金属的浪费。针对零件的焊接界面进行了圆角并增加余量的优化设计，未涉及零件焊接接头的结构优化方法。

综上，针对整体叶盘线性摩擦焊接技术，零件焊接接头的优化设计方法尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于提供该一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，能够提高整体叶盘类零件的线性摩擦焊接接头成形质量，改善整体叶盘零件焊接接头强度，进一步提高线性摩擦焊接类整体叶盘零件的产品合格率和制造可靠性。

本发明的技术方案是：

一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：在等截面焊接接头设计完成后，将等截面焊接接头截面的直角边改为弧形过渡设计，在焊接接头侧面和夹持块肩部之间做圆弧倒角，形成变截面焊接接头；

步骤2：将变截面焊接接头顶部的圆角设计改为多边形设计，且多边形面积必须大于圆角面积；

步骤3：完成焊接接头优化设计。

所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，在焊接界面与夹持块之间采用变截面焊接接头，焊接界面面积为S₀，焊接接头与夹持块接触面积S₁，令S₀＜S₁。

所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，在焊接界面与夹持块之间的焊接接头采用圆弧倒角的变截面设计，使焊接接头截面呈现“变截面”结构。

所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，在焊接接头沿着振动方向的尖端，将圆弧过渡改为多边形过渡，焊接接头尖端呈现多边形结构。

本发明技术方案所带来的有益效果是：

1、采用本发明一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，整体叶盘类零件的制造精度得到提升，零件制造重复度高，提高了整体叶盘零件的产品合格率和生产效率，能够满足产品的研制生产需要。

2、本发明焊接接头结构优化方法用于航空发动机整体叶盘的制造，该焊接接头结构优化方法，避免了常规线性摩擦焊接头容易出现缺陷、焊接质量一致性差的问题，能够提高发动机整体叶盘零件的线性摩擦焊接几何尺寸精度，改善了整体叶盘零件的制造精度，进一步提高了整体叶盘类零件的生产效率和产品合格率，提高了线性摩擦焊接类整体叶盘零件的制造可靠性。

附图说明

图1为焊接接头的变截面设计示意图。其中，(a)原始直角设计，(b)变截面设计。

图2为焊接接头尖端的多边形设计示意图。

图3为新型变截面焊接接头结构示意图。

图中标号，1夹持块，2等截面焊接接头，3变截面焊接接头，4焊接界面。

具体实施方式

如图1(a)所示，常规线性摩擦焊接接头的夹持块1上，采用上下等截面对接结构的等截面焊接接头2，并在焊接振动方向采用圆角过渡，见图2(左)。在焊接过程中，该常规结构经常造成焊接界面承受较大的摩擦力和冲击力，这样的焊接结构会导致在焊接起始阶段，材料的摩擦产热不充分，焊接界面金属的摩擦阻力较大，容易在焊接界面引发微小缺陷；在焊接中间阶段，焊接界面挤出的塑性金属容易堆积在包裹在接头周围，导致焊接接头散热不均匀，在焊接接头间断容易产生过热缺陷，从而导致零件焊接尺寸发生微小偏移，这些尺寸误差都直接影响最终的焊接质量。

如图1(b)、图2(右)和图3所示，本发明的设计原理如下：

1)焊接接头的变截面设计

在焊接界面4与夹持块1之间采用变截面焊接接头3，焊接界面面积为S₀，焊接接头与夹持块接触面积S₁，令S₀＜S₁。在焊接界面4与夹持块1之间的焊接接头采用圆弧倒角的变截面设计，使焊接接头截面呈现“变截面”结构。该结构优势在于：第一，该变截面增加了焊接接头根部的刚性和稳定性，焊接接头不容易失稳。第二，该变截面增加了焊接截面挤出金属的空间，有利于塑性金属的排出，避免了焊接接头尖端的过热问题，改善了焊接接头成形质量。

2)焊接接头尖端的多边形设计

在焊接接头沿着振动方向的尖端，将圆弧过渡改为多边形过渡，焊接接头尖端呈现多边形结构。该结构的优势在于：第一，该多边形结构通过增加冗余材料的方法，直接增加了焊接接头尖端的面积，在焊接过程中能够补偿由于金属挤出而带来的焊接面损失，能够避免由于焊接接头余量不足而导致的零件本体损伤，改善了零件的焊接质量。第二，该多边形结构增加了焊接截面挤出金属的空间，有利于塑性金属的排出，避免了焊接接头尖端的过热问题，改善了焊接接头成形质量。第三，焊接面尖端的多边形设计降低了焊接接头的加工难度，提高了加工效率。

下面，结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例

如图1-图3所示，本实施例一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，包括如下步骤：

步骤1：在直角焊接接头(等截面焊接接头2)设计完成后，将等截面焊接接头2截面的直角边改为弧形过渡设计，在焊接接头侧面和夹持块1肩部之间做圆弧倒角，形成变截面焊接接头3。

步骤2：将变截面焊接接头3顶部的圆角设计改为多边形设计，且多边形面积必须大于圆角面积。

步骤3：完成焊接接头优化设计。

实施结果表明，线性摩擦焊接技术是航空发动机整体叶盘类零件制造的关键技术。该线性摩擦焊接参数控制方法可以大幅提高整体叶盘类零件的制造精度，提高整体叶盘类零件的生产效率和制造合格率，具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种优化线性摩擦焊接头结构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤3：完成焊接接头优化设计。

2.按照权利要求1所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，其特征在于，在焊接界面与夹持块之间采用变截面焊接接头，焊接界面面积为S₀，焊接接头与夹持块接触面积S₁，令S₀＜S₁。

3.按照权利要求1所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，其特征在于，在焊接界面与夹持块之间的焊接接头采用圆弧倒角的变截面设计，使焊接接头截面呈现“变截面”结构。

4.按照权利要求1所述的优化线性摩擦焊接头结构的方法，其特征在于，在焊接接头沿着振动方向的尖端，将圆弧过渡改为多边形过渡，焊接接头尖端呈现多边形结构。