一种异形窗打压密封方法与流程

该发明属于航空发动机燃烧室机匣制造领域，用于燃烧室机匣的打压试验，具体涉及一种异形窗打压密封方法。

背景技术：

航空发动机短环燃烧室机匣，主要由扩压器、内外机匣筒体等组成，如图1所示，材料均为1Cr11Ni2W2MoV，扩压器为铸件，内外机匣筒体为钣金成型件，几部分通过氩弧焊工艺相连。为满足燃烧室机匣的使用性能，需进行密封试验。对于密封扩压器的空心支板，如图2所示，现有技术需要选择扩压器支板外部安装座端面作为密封面，先机加出该密封面和工艺螺纹，然后派制专用工装，利用螺纹连接来实现密封；这种方法存在的不足：对密封面的加工精度要求较高，且需要加工工艺螺纹，增加了不必要的工序。另外受设计结构限制，支板外部安装座本来就有螺纹，加工工艺螺纹会增加后续螺纹加工的风险，可能会造成燃烧室机匣的报废；螺纹连接实现密封需派制专用工装，造成成本增加。还有一种工艺方案是采用支板内腔穿螺杆，内外端加密封胶层，用工艺螺母压紧实现密封的方法；该方法存在的不足：支板内腔狭小，最窄宽度为4mm，螺杆尺寸受限，强度不足无法实现。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种异形窗打压密封方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种异形窗打压密封方法，包括以下步骤：

步骤1)、加工外轮廓尺寸大于待密封异性窗窗口轮廓尺寸的堵盖；

步骤2)、使堵盖表面曲率与待密封异性窗外表面曲率一致；

步骤3)、采用胶接将堵盖密封在待密封异性窗内侧，胶干后即可完成待密封异性窗的密封。

进一步的，堵盖边缘宽度L2与异形窗口长度L1关系为：

式中：P1为堵盖边缘承受压力大小，P2为异形窗口面处大小的堵盖承受压力大小。

进一步的，胶接前，使用风动工具抛光去除扩压器异型孔口处表面的氧化皮及锈蚀，并用脱脂棉蘸丙酮去除油污擦净零件表面至脱脂棉上无污渍，使用60号砂纸打磨堵盖的待胶接表面，并用脱脂棉蘸丙酮去除油污擦净零件表面至脱脂棉上无污渍。

进一步的，步骤3)中，选用室温硫化硅橡胶，按基膏与硫化剂的质量配比为(10～20):(1～2)比例混合均匀。

进一步的，步骤3)中，先将用脱脂棉棒蘸粘接底胶分别涂至扩压器异形孔口和堵盖表面，并将堵盖粘接至异型窗以封住孔口，放置不少于0.5小时；将配置好的室温硫化硅橡胶，涂至堵盖及周边的扩压器上，厚度4-5mm，使胶体完全覆盖住堵盖。

进一步的，步骤3)中，胶接完后室温干燥不小于24小时自然硫化，或使用烘箱加热至100℃并保温1个小时，即完成异形窗口密封。

进一步的，堵盖的屈服强度σ最小为100MPa。

进一步的，堵盖的最小厚度h，h≥(P1+P2)L2/σmin。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种异形窗打压密封方法,采用胶接将堵盖粘结在异形窗口内侧，采用胶接工艺，实现了铸造面异形窗的打压密封，工艺方法简单，不用预先加工出密封面和工艺螺纹，省去不必要的工序且降低了零件的加工风险。不用派制专用工装，降低了工艺成本，可以有效解决燃烧室机匣异形窗打压密封问题，为其他零件解决此类问题提供了一种全新的思路，该方法不受密封位置、形状和密封面精度、曲率限制，可密封任意形状的支板孔，保证密封堵盖的曲率与被密封位置曲率接近即可，小尺寸时可采用平板，不受支板孔大小和形状限制，经计算选用不同厚度的密封堵盖均可实现。

附图说明

图1为现有航空发动机短环燃烧室机匣结构示意图。

图2为图1A-A向结构示意图。

图3为异型窗胶接示意图。

图4为堵盖简化的外伸结构计算简图。

图5为图4均布载荷弯矩图。

图6为图4对应的剪力图。

其中，1、零件基体；2、堵盖；3、橡胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种异形窗打压密封方法，包括以下步骤：

步骤1)、加工外轮廓尺寸大于待密封异性窗窗口轮廓尺寸的堵盖；

步骤2)、使堵盖表面曲率与待密封异性窗外表面曲率一致；

步骤3)、采用胶接将堵盖密封在待密封异性窗内侧，胶干后即可完成待密封异性窗的密封。

如图4至图6所示，计算堵盖尺寸大小：

步骤1)中，打压时堵盖受压力变形后，边缘会翘起，根据力矩的平衡原理，当粘接力矩大于打压时堵盖中间最大弯矩时，堵盖边缘不会被拉起才可以实现密封。步骤3)中采用胶为硫化硅橡胶，

选取的室温硫化硅橡胶的强度P2是4.5MPa，打压时承受异形窗内部压强P1是1.95MPa，异形窗口长度为L1，堵盖边缘宽度L2，异形窗窗口处的堵盖承受压力为P2，堵盖边缘承受压力为P1，要想堵盖边缘不会被拉起，堵盖边缘承受弯矩M2大于异形窗口面处大小的堵盖承受弯矩M1：即满足M2≥M1，

M2＝(P1+P2)×L2²/2；

M1＝P1×L1²/8-(P1+P2)×L2²/2

即：

(P1+P2)×L2²/2≥P1×L1²/8-(P1+P2)×L2²/2

得到

如图3所示，步骤3)中，胶接前，使用风动工具抛光去除扩压器异型孔口处表面的氧化皮及锈蚀，并用脱脂棉蘸丙酮去除油污擦净零件表面至脱脂棉上无污渍，使用60号砂纸打磨6个堵盖的待胶接表面，并用脱脂棉蘸丙酮去除油污擦净零件表面至脱脂棉上无污渍；

选用室温硫化硅橡胶，按基膏与硫化剂的质量配比为(10～20):(1～2)比例混合均匀；从配好胶起应在1小时内完成涂胶；

步骤3)中，先将用脱脂棉棒蘸粘接底胶分别涂至扩压器异形孔口和堵盖表面，并将堵盖粘接至异型窗以封住孔口，放置0.5小时；将配置好的室温硫化硅橡胶，涂至堵盖及周边的扩压器上，厚度4-5mm，使胶体完全覆盖住堵盖；室温干燥不小于24小时自然硫化，或使用烘箱加热至100℃并保温1个小时，即完成异形窗口密封。

选取堵盖材料为金属材料，屈服强度σ最小为100MPa；堵盖的最小厚度h，堵盖承压面积为A，取其中剪力最大者，计算公式为：F/A＝(P1+P2)L2/h≤σmin；

计算得到：h≥(P1+P2)L2/σmin；

密封完成后，配合压力密封试验工装进行打压试验，压力试验前用水对零件进行清洗，检查密封元件、橡胶密封件、聚四氟乙烯等应完好无损，试验夹具接头刚性密封锥面和球面无磕、碰、划伤，试验时拧紧堵板上的螺钉及进水和放水接头，开始进行打压试验，将压力打压至1.95MPa，保持压力15min，观察无压降或渗漏。试验完成后，用刮刀去除已固化的硫化硅橡胶及金属堵盖，用脱脂棉蘸汽油或丙酮清洁扩压器异型窗口处的涂胶表面，目视检查零件腔体内外表面应无多余物存在，清洁腔体表面并在表面涂防锈油防锈。

实施例1：

零件基体1选取异形窗口最长长边长度为18mm，堵盖2材料为铝材料；堵盖边缘承受压力为P1＝1.95MPa，异形窗窗口面处的堵盖承受压力为P2＝4.5MPa；堵盖长边和短边单边分别大于异形孔长边和短边4mm，堵盖厚度为1.5mm，橡胶3涂至堵盖及周边的扩压器上，厚度4mm；将压力打压至1.95MPa，保持压力15min，观察无压降或渗漏，然后进行拆除清洗。

实施例2

选取异形窗口最长长边长度为18mm，堵盖材料为铝材料；堵盖边缘承受压力为P1＝1.95MPa，异形窗窗口面处的堵盖承受压力为P2＝4.5MPa；堵盖长边和短边单边分别大于异形孔长边和短边6mm，堵盖厚度为2mm，橡胶3涂至堵盖及周边的扩压器上，厚度5mm；将压力打压至1.95MPa，保持压力15min，观察无压降或渗漏，然后进行拆除清洗。

实施例3

选取异形窗口最长长边长度为18mm，堵盖材料为铝材料；堵盖边缘承受压力为P1＝1.95MPa，异形窗窗口面处的堵盖承受压力为P2＝4.5MPa；堵盖长边和短边单边分别大于异形孔长边和短边4mm，堵盖厚度为2mm，橡胶3涂至堵盖及周边的扩压器上，厚度4.5mm；将压力打压至1.95MPa，保持压力15min，观察无压降或渗漏，然后进行拆除清洗。