一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法
【专利摘要】一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，属于航空发动机零部件制造【技术领域】。以往，航空发动机静子组件采用钎焊的方法进行焊接，钎缝的强度要低于母材的强度，这会直接影响静子组件性能稳定性，而采用传统的熔焊方法进行焊接，又存在焊接变形过大的问题。本发明与现有技术相比，经过大量的焊接试验，提供一种全新的真空电子束焊接工艺方法，能够完全满足航空发动机静子组件的焊接，同时还提供了全新的焊接参数，该焊接参数也是经过了大量的焊接参数试验获得，能够最大程度满足不等厚焊缝的焊接，并采用对称位置的两个焊缝进行顺序焊接，保证热输入均匀，能够有效控制焊接变形，满足静子组件焊后性能稳定性要求。
【专利说明】一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空发动机零部件制造【技术领域】，特别是涉及一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法。
【背景技术】
[0002]以往，航空发动机静子组件采用钎焊的方法进行焊接，钎缝的强度要低于母材的强度，这会直接影响静子组件性能稳定性，而采用传统的熔焊方法进行焊接，又会存在焊接变形过大的问题，为了能够实现静子组件焊后性能稳定性，又要避免焊接变形过大的问题，相关技术人员尝试采用已有的真空电子束焊接工艺方法，想要满足对静子组件的焊接。
[0003]但是，已有的真空电子束焊接工艺方法所适用的零件为航空发动机进气机匣，而进气机匣与静子组件相比，进气机匣的焊缝数量少，且焊缝密度也要远远低于静子组件；进气机匣的叶片离焊缝较远，而静子组件的叶片离焊缝较近；与静子组件相比，进气机匣的焊接防护难度低；从焊缝结构上来说，进气机匣为等厚度焊接，而静子组件为不等厚度焊接；对于变形量要求来说，进气机匣对变形量的要求也要低于静子组件。
[0004]在尝试采用已有的真空电子束焊接工艺方法对静子组件进行焊接加工后，发现该方法仍然无法满足静子组件对于焊后性能稳定性、焊接变形的加工要求。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，能够满足静子组件焊后性能稳定性要求，能够有效解决静子组件焊接变形过大的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，包括如下步骤:
[0007]步骤一:焊前对静子组件零件进行变形余量选择
[0008]①为了减小焊接时安装边出现的轴向和径向变形，提高安装边刚性，在安装边轴向和径向分别留有2mm余量；
[0009]②由于静子组件为不等厚焊缝，为了减小厚度差保证焊缝平整度，在焊缝厚段留有1.5_余量，且厚段到薄段之间采用平滑过渡结构；
[0010]步骤二:在焊前120小时内，对静子组件零件进行酸洗，去除零件表面的氧化层；
[0011]步骤三:对静子组件零件进行工装定位
[0012]①在静子组件零件的叶片根部位置安装叶片保护挡板；
[0013]②利用除油清洗后的定位块对静子组件零件进行定位装配，定位装配间隙小于等于 0.1mm ；
[0014]步骤四:将定位装配完成后的静子组件零件及其定位工装一同吊装到电子束焊接的花盘上，并利用压板进行固定，定位工装与花盘的间隙小于等于0.1_，再调整静子组件零件的角度，保证焊缝结合面与电子束流平行；
[0015]步骤五:在真空电子束焊机内输入焊接指令，焊接指令采取相对坐标编程，运行焊接指令，并采用0.1mA的小电流进行扫描，保证电子束流对准焊缝，验证焊接指令准确无误；
[0016]步骤六:先对一条焊缝进行焊接，其焊接过程分为正式焊和修饰焊，进行正式焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为表面焦点，焊接束流为7mA，焊接速度为10mm/s，扫描波形为圆波，扫描频率为50Hz，扫描幅值为0.5mm，焊接时真空室的压力小于等于4X10_4mbar ;进行修饰焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为上焦点，焊接束流为1.8mA，焊接速度为8mm/s，扫描波形为三角波，扫描频率为20Hz，扫描幅值为1mm，焊接时真空室的压力小于等于4 X 10_4mbar ；
[0017]步骤七:完成上述一条焊缝的焊接后，打开真空室检查焊缝质量，合格后，进行其它焊缝的焊接；由于所有焊缝呈周向分布，根据焊缝数量，选取圆周上对称位置的两个焊缝进行顺序焊接，依次类推，完成剩余对称位置焊缝的焊接。
[0018]静子组件的焊缝总长小，收弧距离短，采用分段收弧，将高能量衰减段加长，将低能量衰减段缩短，可解决短距离焊接收弧塌陷问题。
[0019]所述叶片保护挡板为锁扣式结构，分为左、右两片，两片之间扣合型面与叶片贴合处的叶片型面相同，叶片保护挡板初始状态时，其一端由铁丝连接固定，另一端呈开口状，通过其开口处将叶片保护挡板贴合到叶片表面，再用铁丝将叶片保护挡板的开口端连接固定，最后通过铁夹将叶片保护挡板固定在叶片上，防止焊接过程中叶片保护挡板发生位移。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]本发明与现有技术相比，经过大量的焊接试验，提供一种全新的真空电子束焊接工艺方法，能够完全满足航空发动机静子组件的焊接，同时还提供了全新的焊接参数，该焊接参数也是经过了大量的焊接参数试验获得，能够最大程度满足不等厚焊缝的焊接，并采用对称位置的两个焊缝进行顺序焊接，保证热输入均匀，能够有效控制焊接变形，满足静子组件焊后性能稳定性要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为静子组件结构示意图；
[0023]图2为焊缝轨迹示意图；
[0024]图中，I一外机匣，2—叶片，3—内环，4一焊缝。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0026]用于焊接的静子组件为TC4钛合金材料，其焊缝为不等厚焊缝，焊缝运行轨迹为近似平行四边形，边长为28.2mm X 9.1_，焊缝相对于静子组件中心轴线的倾角为16°，焊缝数量为138个，所用焊机为真空电子束焊机。
[0027]所述的一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，包括如下步骤:
[0028]步骤一:焊前对静子组件零件进行变形余量选择
[0029]①为了减小焊接时安装边出现的轴向和径向变形，提高安装边刚性，在安装边轴向和径向分别留有2mm余量；
[0030]②由于静子组件为不等厚焊缝，为了减小厚度差保证焊缝平整度，在焊缝厚段留有1.5_余量，且厚段到薄段之间采用平滑过渡结构；
[0031]步骤二:在焊前120小时内，对静子组件零件进行酸洗，去除零件表面的氧化层；
[0032]步骤三:对静子组件零件进行工装定位
[0033]①在静子组件零件的叶片根部位置安装叶片保护挡板；
[0034]②利用除油清洗后的定位块对静子组件零件进行定位装配，定位装配间隙小于等于 0.1mm ；
[0035]步骤四:将定位装配完成后的静子组件零件及其定位工装一同吊装到电子束焊接的花盘上，并利用压板进行固定，定位工装与花盘的间隙小于等于0.1_，再调整静子组件零件的角度，保证焊缝结合面与电子束流平行；
[0036]步骤五:在真空电子束焊机内输入焊接指令，焊接指令采取相对坐标编程，运行焊接指令，并采用0.1mA的小电流进行扫描，保证电子束流对准焊缝，验证焊接指令准确无误；
[0037]步骤六:先对一条焊缝进行焊接，其焊接过程分为正式焊和修饰焊，进行正式焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为表面焦点，焊接束流为7mA，焊接速度为10mm/s，扫描波形为圆波，扫描频率为50Hz，扫描幅值为0.5mm，焊接时真空室的压力小于等于4X10_4mbar ;进行修饰焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为上焦点，焊接束流为1.8mA，焊接速度为8mm/s，扫描波形为三角波，扫描频率为20Hz，扫描幅值为1mm，焊接时真空室的压力小于等于4 X 10_4mbar ；
[0038]步骤七:完成上述一条焊缝的焊接后，打开真空室检查焊缝质量，合格后，进行其它焊缝的焊接；由于所有焊缝呈周向分布，根据焊缝数量，选取圆周上对称位置的两个焊缝进行顺序焊接，依次类推，完成剩余对称位置焊缝的焊接。
[0039]静子组件的焊缝总长小，收弧距离短，采用分段收弧，将高能量衰减段加长，将低能量衰减段缩短，可解决短距离焊接收弧塌陷问题。
[0040]所述叶片保护挡板为锁扣式结构，分为左、右两片，两片之间扣合型面与叶片贴合处的叶片型面相同，叶片保护挡板初始状态时，其一端由铁丝连接固定，另一端呈开口状，通过其开口处将叶片保护挡板贴合到叶片表面，再用铁丝将叶片保护挡板的开口端连接固定，最后通过铁夹将叶片保护挡板固定在叶片上，防止焊接过程中叶片保护挡板发生位移。
[0041]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:焊前对静子组件零件进行变形余量选择 ①为了减小焊接时安装边出现的轴向和径向变形，提高安装边刚性，在安装边轴向和径向分别留有2mm余量； ②由于静子组件为不等厚焊缝，为了减小厚度差保证焊缝平整度，在焊缝厚段留有1.5_余量，且厚段到薄段之间采用平滑过渡结构； 步骤二:在焊前120小时内，对静子组件零件进行酸洗，去除零件表面的氧化层； 步骤三:对静子组件零件进行工装定位 ①在静子组件零件的叶片根部位置安装叶片保护挡板； ②利用除油清洗后的定位块对静子组件零件进行定位装配，定位装配间隙小于等于0.1mm ； 步骤四:将定位装配完成后的静子组件零件及其定位工装一同吊装到电子束焊接的花盘上，并利用压板进行固定，定位工装与花盘的间隙小于等于0.1_，再调整静子组件零件的角度，保证焊缝结合面与电子束流平行； 步骤五:在真空电子束焊机内输入焊接指令，焊接指令采取相对坐标编程，运行焊接指令，并采用0.1mA的小电流进行扫描，保证电子束流对准焊缝，验证焊接指令准确无误； 步骤六:先对一条焊缝进行焊接，其焊接过程分为正式焊和修饰焊，进行正式焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为表面焦点，焊接束流为7mA，焊接速度为1mm/s，扫描波形为圆波，扫描频率为50Hz，扫描幅值为0.5mm，焊接时真空室的压力小于等于4X 1^mbar ;进行修饰焊时，其焊接参数为:加速电压为150kV，聚焦电流为上焦点，焊接束流为1.8mA，焊接速度为8mm/s，扫描波形为三角波，扫描频率为20Hz，扫描幅值为1mm，焊接时真空室的压力小于等于4 X 10_4mbar ； 步骤七:完成上述一条焊缝的焊接后，打开真空室检查焊缝质量，合格后，进行其它焊缝的焊接；由于所有焊缝呈周向分布，根据焊缝数量，选取圆周上对称位置的两个焊缝进行顺序焊接，依次类推，完成剩余对称位置焊缝的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，其特征在于:静子组件的焊缝总长小，收弧距离短，采用分段收弧，将高能量衰减段加长，将低能量衰减段缩短，可解决短距离焊接收弧塌陷问题。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机静子组件真空电子束焊接工艺方法，其特征在于:所述叶片保护挡板为锁扣式结构，分为左、右两片，两片之间扣合型面与叶片贴合处的叶片型面相同，叶片保护挡板初始状态时，其一端由铁丝连接固定，另一端呈开口状，通过其开口处将叶片保护挡板贴合到叶片表面，再用铁丝将叶片保护挡板的开口端连接固定，最后通过铁夹将叶片保护挡板固定在叶片上，防止焊接过程中叶片保护挡板发生位移。
【文档编号】B23K15/00GK104475959SQ201410589405
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】葛沁, 杨涧石, 李文学, 曲伸, 李英 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司