燃烧室整流罩焊接工艺研究

2019-02-09 05:28:40 山东工业技术2019年2期

胡彦彬 覃文

摘 要:航空发动机中燃烧室整流罩为成型钣金焊接组合件,焊接过程中存在着钣金件与铸件之间厚度差大导致焊接变形大,钣金件电阻点焊定位导致零件变形严重以及钣金零件钎焊间隙难以控制,导致三百多条钣金件之间的钎焊缝一次钎焊合格低等问题,针对这些问题,本文对燃烧室整流罩的焊接工艺中的氩弧焊焊接进行了研究,提出了相应的技术方案,并通过多次焊接工艺试验,获得了满意的焊接效果。

关键词:整流罩;成型钣金;焊接;钎焊间隙

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.008

随着航空技术的大力发展,航空发动机中焊接结构所占比例越来越多,压气机、机匣、燃烧室、高温部件、涡轮导向器叶片和叶片组件等均为焊接结构。焊接技术已成为航空制造工程中的主导工艺之一[1]。燃烧室整流罩主要应用在波音747和767等飞机的CF6型发动机上。该零件钣金件刚性差,焊接后易变形等问题,国内目前还没有公司能完成类似零件的焊接[2-4]。针对这种情况,本文对燃烧室整流罩焊接工艺中的氩弧焊焊接进行了研究,摸索出控制焊接变形的工艺方法,采用该工艺方法,自2010年1月至2012年底已成功交付零件尺寸精度符合设计图技术要求工件163件,应用情况良好,为公司创造了良好的经济效益。

1 存在问题

燃烧室整流罩主要母材为镍基合金AMS5536(47.5Ni-22Cr-1.5Co-9.0Mo-0.60W-18.5Fe),零件组合件如下图1所示。

燃烧室整流罩是非常复杂的钣金成型,结构复杂,焊接工艺较多,精度要求高,包括了氩弧焊、电阻点焊、真空钎焊等三类焊接工艺方法。该零件有20条钣金件与铸件间的氩弧焊缝,40条钣金件之间的氩弧焊缝,在氩弧焊时存在着两个主要的问题:(1)燃烧室整流罩的子零件方形进气口的焊接,按照零件图纸规定为两条焊缝,焊缝位于侧壁,而且侧壁为钎焊配合面,焊后必须将焊缝打磨至与母材齐平,以满足钎焊间隙不大于0.127mm的钎焊工艺要求。原有加工工艺对打磨操作人员的技术要求高,经过多次试验零件的真空钎焊焊缝始终难以一次全部合格。(2)铸件与钣金件之间材料状态不同,焊接难度大,同时铸件与钣金件之间厚度差大,不可避免的产生焊接变形。

2 工艺试验

2.1 工艺改进

针对燃烧室整流罩的子零件方形进气口的焊接,原有工艺方案为:

钣金件成型→焊接→打磨焊缝→校形

此方案优点在于零件成型方便,缺点是零件有两条焊缝,并且焊缝位于钎焊配合面。采用一次完成两条焊缝的方案既要求将焊缝打磨至与母材齐平,又不能引起母材减薄。因此良品率较低。经过分析将工艺方案修改为如下方案:

焊接→打磨焊缝→钣金件成型→校形

该方案将焊缝由两条减少为一条,减少工作量的同时也降低了焊接变形,将焊缝的位置放在零件拐角处,巧妙地避开了钎焊配合面,降低了对打磨操作人员的技巧要求。大大提高了产品的合格率。

針对铸件安装座与内外壁之间焊接变形较大的问题,通过调整工装、焊接顺序及焊接参数,严格控制零件之间的错边量,在很大程度上控制了焊接变形;同时在内外壁组合焊接完成后进行热处理,之后采用整体校形模具进行调整,调整后加工的零件状态满足了设计要求。

2.2 试验结果

针对氩弧焊工艺的上述两个技术难题,采取改进后的工艺进行了产品焊接,新工艺对于技术人员的技术要求显著降低,产品合格率大大提高。对实际加工中的焊缝采用X射线和金相组织进行了检测,检测结果均符合客户要求。

3 结论

由钣金件与铸件组成的燃烧室整流罩这类复杂钣金成型焊接组合件,涉及两千多条焊缝,存在钣金件与铸件之间厚度差大容易导致氩弧焊焊接变形大、钣金零件钎焊间隙难以控制、零件焊接极易变形等一系列问题,其焊接工艺有别于普通零件的焊接。本文针对这些技术难题中的氩弧焊焊接工艺提出了调整焊缝位置、工装、焊接顺序及优化焊接参数等新的工艺方案,结合电阻点焊和真空钎焊工艺方法,实际加工零件X射线和金相组织检测,检测结果均满足客户质量要求。该工艺方案的改进,使燃烧室整流罩这类复杂零件加工质量稳定性及良品率均获得了极大提高,创造了良好的公司效益。

参考文献:

[1]荣吉利,谌相宇,赵瑞等.火箭整流罩内降噪装置低频声学性能仿真[J].北京理工大学学报,2016,36(10):991-995.

[2]赵瑞,荣吉利,李跃军等.整流罩母线形状对脉动压力环境的影响研究[J].兵工学报,2017,38(05):1020-1026.

[3]王博哲,吴竞峰,桑希军等.基于Adams的某整流罩分离影响因素仿真分析[J].弹箭与制导学报,2013,33(02):137-140.

[4]刘宇轩.导弹整流罩轴向分离仿真研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.