CN117047270A - 接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，属于喷嘴激光焊领域。本发明提供接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，工装内圆部分设计台阶利用喷嘴端面定位，使台阶与围绕焊缝周围的薄壁壳体部分形成环槽作为环流气的通路，工装外壁留有环流气的进气孔和出气孔。焊接前将工装通过内圆台阶定位与喷嘴连接，再接通环流气排空环槽内的空气。焊接过程中工装上半部分聚拢轴流气保护焊缝及喷嘴内圆部分结构，工装下半部分接触喷嘴进行散热，同时采用环流气隔绝空气，本发明实现了激光焊后焊缝及热影响区表面不产生氧化色的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于喷嘴激光焊领域，尤其是接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法。
背景技术
某机航空发动机燃油喷嘴的喷嘴杆芯与集油环外壳采用激光焊进行端面的对接。焊缝深度约为1.2～1.6mm，焊缝圆周直径Φ35.4mm，焊缝边缘距离集油环外壳边缘仅2mm，集油环外壳厚度约为1.2～1mm。焊接过程的能量输入高，散热条件差，焊后焊缝及热影响区极易产生表面氧化而变色。航空发动机燃油喷嘴的制造过程对于零件表面质量要求较高，不允许出现表面氧化色。现需要一种焊接保护方法对于激光焊接过程进行保护，使喷嘴激光焊接后焊缝及热影响区不产生氧化色。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种接触保护工装，包括接触保护工装主体，接触保护工装主体为环形件，接触保护工装主体的内圆面上设有一圈台阶；
接触保护工装主体上设有进气管，与进气管相连接的接触保护工装主体上开设有进气孔，接触保护工装主体的另一侧开设有出气孔；
所述进气孔和出气孔位于均台阶的下侧。
进一步的，所述接触保护工装主体的端面为倒角设计。
进一步的，所述进气管为铜管。
进一步的，还包括保护盖，所述保护盖置于接触保护工装主体的中心，用于套设在喷嘴内圆上。
一种航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，包括以下步骤：
1)将所述喷嘴套装本发明所述的接触保护工装中，喷嘴端面与所述台阶进行定位，台阶与围绕焊缝周围的薄壁壳体部分形成环槽作为环流通路，台阶另一侧的喷嘴与保护工装主体1之间的空间作为轴流通道；
2)预通环流气，通过进气管将氩气引入环流通道；
3)通过轴流通道通入轴流保护气，之后开启激光焊机，激光通过轴流通道对按预定轨迹对喷嘴进行焊接；
4)冷却后停止环流气供给；
5)抬起保护工装，将喷嘴零件取出。
进一步的，步骤(1)还包括将喷嘴盖上保护盖的内圆上。
进一步的，步骤(2)中，通入氩气流量为10～12L/min，持续30s以上，之后将流量调整为2～5L/min。
进一步的，步骤(3)中，预通轴流气2s后再开始焊接，轴流气的流量为16～20L/min；轴流保护气为氩气；
在焊接过程结束后，轴流保护气滞后3～6s再关闭。
进一步的，步骤(4)中，利用水冷或空冷进行冷却。
进一步的，步骤(4)中，在喷嘴及工装温度冷却至室温时，延后3min以上停止环流气的供给。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供接触保护工装及航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，工装内圆部分设计台阶利用喷嘴端面定位，使台阶与围绕焊缝周围的薄壁壳体部分形成环槽作为环流气的通路，工装外壁留有环流气的进气孔和出气孔。焊接前将工装通过内圆台阶定位与喷嘴连接，再接通环流气排空环槽内的空气。焊接过程中工装上半部分聚拢轴流气保护焊缝及喷嘴内圆部分结构，工装下半部分接触喷嘴进行散热，同时采用环流气隔绝空气，本发明实现了激光焊后焊缝及热影响区表面不产生氧化色的技术效果。
进一步的，喷嘴内圆部分结构加装保护盖，一是可以对轴流气起到一定的聚拢作用，二是可以保护结构表面，避免激光焊接产生的金属蒸汽熔化结构表面。
附图说明
图1为保护方案原理图；
图2为喷嘴结构示意图；
图3为本发明的接触保护工装的剖视图；
图4为本发明的接触保护工装的侧视图；
图5为本发明的接触保护工装的侧视图。
其中：1-接触保护工装主体，2-保护盖，3-进气管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明设计了航空发动机燃油喷嘴的激光焊接的保护方法，制造了激光焊接保护工装，制定了保护操作流程以及气体流量参数。通过双路惰性气体铺覆和接触散热实现对喷嘴的激光焊接保护。下面分三部分进行介绍：
第一部分是保护方案的整体设计：
本发明设计的保护方案原理见图1，保护方案分为两个部分，其一是惰性气体保护，其二是接触保护。结合图2来看，图2为喷嘴结构简图。
惰性气体保护的气体采用纯度99.99％以上的高纯氩气，包含平行于入射激光束的轴流气以及环绕喷嘴外圆表面的环流气两路气流。焊接前开启环流气排空保护工装环槽内的空气，排空空气后开启轴流气时轴流气铺覆稳定后开始激光焊接过程。焊接过程中双路保护气一直保持开启，焊接过程结束后保护气维持开启状态至焊接区域冷却至氧化温度之下。最后先关闭轴流气再关闭环流气。
接触保护采用铜质环形工装围绕喷嘴的外圆面，工装接触喷嘴外壳壳体。工装内圆部分设计台阶利用喷嘴端面定位，使台阶与围绕焊缝周围的薄壁壳体部分形成环槽作为环流气的通路，工装外壁留有环流气的进气孔和出气孔。焊接前将工装通过内圆台阶定位与喷嘴连接，再接通环流气排空环槽内的空气。焊接过程中工装上半部分聚拢轴流气保护焊缝及喷嘴内圆部分结构，工装下半部分接触喷嘴进行散热，环流气隔绝空气作为保护的最后手段。
喷嘴内圆部分结构加装一个铜质环形保护盖，一是可以对轴流气起到一定的聚拢作用，二是可以保护结构表面，避免激光焊接产生的金属蒸汽熔化结构表面。
参见图3，图3为接触保护工装的结构示意图。接触保护工装的内圆与喷嘴的壳体外壁接触，工装通过台阶利用喷嘴端面定位。工装分为三个主要部件，接触保护工装主体1、保护盖2和进气管3。为了清晰表述结构功能，下面对三个主要部件进行分别说明：
接触保护工装主体1是一个环形件，内圆面为阶梯通孔，孔边倒角。主要功能是接触散热，并且封闭保护气体。内圆较小孔按喷嘴翻边处的最小直径设计，利用重力通过端面与翻边的配合封闭环槽。同时最大限度让开激光束的焊接空间，避免干涉。内圆较大孔与喷嘴外壳外圆配合，封闭气体。图4中左边为环槽进气孔，右侧为环槽出气孔。
保护盖2保护盖是一个圆形盖，主要功能是避免金属蒸汽熔化喷嘴内圆结构。保护盖2装配后，外圆面与接触保护工装主体1一同聚拢激光焊轴流气对焊缝表面形成气体保护，下沿与喷嘴流道接触封闭部分流道，阻止保护气从流道流出。
进气管3是一段铜管，作为气体导入环槽的接嘴。
本发明提供一种航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，包括以下步骤：
1)套装零件
通过喷嘴的外圆与端面定位，将喷嘴与保护工装主体1套装在一起，盖上保护盖2；
2)预通环流气
通过通气管3将高纯氩气引入环槽，流量10～12L/min，时间不少于30s后将流量调整为2～5L/min；
3)开启轴流气及焊接过程
开启激光焊机，按预定轨迹进行激光焊接，轴流保护气预通2s后再开始焊接，保护气流量16～20L/min；焊接过程结束后，轴流保护气滞后3～6s再关闭；
4)冷却
通过水冷或单纯的空冷，等待喷嘴及工装温度降低，时间约3min后停止环流气供给。
5)取出零件
抬起保护工装，将喷嘴零件取出。
采用本发明的保护方法对航空发动机燃油喷嘴及类似结构件的激光焊接过程进行焊接保护，得到了高质量的焊缝表面，激光焊后焊缝及热影响区表面没有氧化色。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种接触保护工装，其特征在于，包括接触保护工装主体(1)，接触保护工装主体(1)为环形件，接触保护工装主体(1)的内圆面上设有一圈台阶；
接触保护工装主体(1)上设有进气管(3)，与进气管(3)相连接的接触保护工装主体(1)上开设有进气孔，接触保护工装主体(1)的另一侧开设有出气孔；
所述进气孔和出气孔位于均台阶的下侧。
2.根据权利要求1所述的接触保护工装，其特征在于，所述接触保护工装主体(1)的端面为倒角设计。
3.根据权利要求1所述的接触保护工装，其特征在于，所述进气管(3)为铜管。
4.根据权利要求1-3任一项所述的接触保护工装，其特征在于，还包括保护盖(2)，所述保护盖(2)置于接触保护工装主体(1)的中心，用于套设在喷嘴内圆上；保护盖(2)的材质为铜。
5.一种航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将所述喷嘴套装在权利要求1-3任一项所述的接触保护工装中，喷嘴端面与所述台阶进行定位，台阶与围绕焊缝周围的薄壁壳体部分形成环槽作为环流通路，台阶另一侧的喷嘴与保护工装主体1之间的空间作为轴流通道；
2)预通环流气，通过进气管(3)将氩气引入环流通道；
3)通过轴流通道通入轴流保护气，之后开启激光焊机，激光通过轴流通道对按预定轨迹对喷嘴进行焊接；
4)冷却后停止环流气供给；
5)抬起保护工装，将喷嘴零件取出。
6.根据权利要求5所述的航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，步骤(1)还包括将喷嘴盖上保护盖(2)的内圆上。
7.根据权利要求4所述的航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，步骤(2)中，通入氩气流量为10～12L/min，持续30s以上，之后将流量调整为2～5L/min。
8.根据权利要求4所述的航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，步骤(3)中，预通轴流气2s后再开始焊接，轴流气的流量为16～20L/min；轴流保护气为氩气；
在焊接过程结束后，轴流保护气滞后3～6s再关闭。
9.根据权利要求4所述的航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，步骤(4)中，利用水冷或空冷进行冷却。
10.根据权利要求4所述的航空发动机燃油喷嘴的激光焊保护方法，其特征在于，步骤(4)中，在喷嘴及工装温度冷却至室温时，延后3min以上停止环流气的供给。
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