新型可調引射器焊接變形控制及利用方法

王玉武

（中航工業沈陽發動機設計研究所，沈陽110015）

新型可調引射器焊接變形控制及利用方法

王玉武

（中航工業沈陽發動機設計研究所，沈陽110015）

為了保證可調引射器運動機構的靈活性，根據其結構特點，采用脹胎結合脹塊的定位方法減小筒體變形，合理布局連桿座和耳座位置以利用焊接殘余變形，在脹塊上安裝與連桿座相應的墊塊，減小由焊接連桿座引起的凹陷變形，保證了組合件的順利安裝；同時根據同步環擺動的特點，確定同步環靈活擺動的角向位置，有效地滿足了可調引射器的機構運動要求。試驗結果表明：可調引射器調節片工作時能夠保證打開和關閉2個位置的穩固，未發生構件失效等問題，其可靠性初步滿足裝機要求。

可調引射器；焊接變形；變形控制；航空發動機

0 引言

為降低某型航空發動機排氣溫度，全新設計了可調引射器，其主要特點是鈑金焊接采用機械運動結構，而普通引射器多為靜止結構[1]。該引射器尺寸精度高、運動結構復雜，因此焊接引起的變形增加了其加工難度。通常采用余量法在重要表面留出足夠的機械加工余量，減小焊接變形的影響，但對于可調引射器這種結構，該方法不能完全解決焊接變形對其運動性能的影響。

對于筒體類零件，通常采用大型專用夾具控制其焊接變形[2-3]，但該夾具結構復雜、生產周期長、成本高，不適用于單件生產。

本文針對可調引射器的結構特點，提出其焊接變形控制及合理利用焊接殘余變形的方法，有效地保證了該部件的機構運動要求，對于同類型部件的加工有一定的參考價值。

1 可調引射器工作原理

可調引射器的結構如圖1所示。其主體結構由內、外筒體通過8個連桿A連接在一起，作動筒由作動筒支架固定在外筒體安裝邊上。同步環安裝在外筒體外側，可沿周向往復擺動，由導向球限制同步環軸向運動；同步環帶動調節環沿周向往復運動，調節環帶動8組調節片做開合運動。

作動筒活塞往復運動，通過擺桿A、B拉動同步環轉動，同步環通過拉桿帶動擺桿C；擺桿C、D安裝在同1根軸上，可聯動；擺桿D擺動，拉動調節環沿軸向往復運動，最后通過拉桿拉動8組調節片做開合運動，起到調節氣流速度進而調節排氣溫度的作用。

圖1 可調引射器結構

2 可調引射器結構特點分析

（1）從圖1中可見，可調引射器結構由連接內、外筒體的8個連桿A孔距尺寸精度較高，連接孔尺寸為C±0.11mm。

（2）內筒體（如圖2所示）是鈑金焊接組合件，筒壁薄，焊縫多，直徑大；內筒體上有2條環焊縫，分別焊接8個拉桿座、8個定位座、8個加強環框，焊縫總長超過9m，鉚接16個連接調節片的耳座。

圖2 內筒體結構

（3）外筒體（如圖3所示）也是鈑金焊接組合件，有2條環焊縫，分別焊接8個連桿座、8個安裝座和1個引流管組件，焊縫總長超過8m，8個耳座為難以采用組合加工的內側結構。

（4）同步環是薄壁機械加工件,與焊接在外筒體上的36個定位條之間的設計間隙為0.5mm。從工作過程看，同步環、調節環及調節片的運動是滑動摩擦。

圖3 外筒體結構

3 焊接工藝分析

根據上述結構特點分析，該可調引射器是鈑金焊接結構，同時包含復雜的運動機構。鈑金件的加工精度不可能像機械加工件的高，而且焊接又會引起筒體零件變形，要保證組合后實現所需的裝配和運動要求難度很大。

組合件能夠順利安裝需保證連接孔尺寸（C± 0.11mm），即保證內筒體8個拉桿座連接孔（圖2）和的外筒體8個耳座連接孔（圖3）的位置尺寸；可調引射器的運動機構基本上是滑動摩擦，運動摩擦阻力較大，特別是同步環與焊接在外筒體上的36件定位條的設計間隙為0.5mm，因此控制和合理利用焊接變形是關鍵。

4 焊接變形控制方法

低應力無變形焊接技術[4]可以有效減小焊接變形，但是受使用條件的限制，尚未得到廣泛應用。焊后殘余變形有多種形式[5-8]，但是都是由焊縫的橫向和縱向收縮引起的。同樣，內、外筒體上的環焊縫產生的變形也是橫向和縱向收縮[5-6]，橫向收縮引起軸向尺寸縮小，縱向收縮引起筒體發生橢圓變形[9]。環形焊縫還會引起筒體徑向變形及法蘭平面度的變化[10]。

橫向收縮可以采用安裝邊預留余量的方法利用組合加工解決；縱向收縮引起的橢圓變形必須采取措施加以控制，否則會導致同步環運動不靈活，影響部件工作質量；焊接連桿座主要會引起筒體局部塌陷，嚴重影響部件裝配。

為了保證內筒體8個拉桿座連接孔（圖2）和外筒體8個耳座連接孔（圖3）的位置尺寸，采用組合加工的方法在左端面留足夠的加工余量，以保證軸向尺寸精度要求，但是對于徑向尺寸，由于孔中心距筒壁較近，難于采用組合加工的方法加工；對于徑向尺寸，采用機械加工方法不可能實現；在實際生產中，必須采取有效措施，控制筒體橢圓變形，輔助其他方法，才能保證8個拉桿座連接孔的位置尺寸。

對于環焊縫焊接變形的控制，在生產中采用脹胎結合脹塊的方式（如圖4所示），采用的半圓形脹胎具有結構簡單、通用性強的特點，可以根據筒體直徑來更換不同直徑的脹塊，適合單件生產；將零件從內部脹緊，如圖5所示；增加零件的剛性，類似剛性固定法，可以有效減小筒體的橢圓變形。

圖4 脹胎結構

圖5 焊接變形控制

焊接連桿座及耳座等筒壁上的零件易引起筒壁凹陷，生產中焊接安裝座類零件通常在安裝座端面留足夠的余量，采用焊后組合加工的方法解決由焊接變形帶來的影響，但是在焊接此類零件時，由于連桿座和耳座焊后不易進行組合加工，所以在焊接此類零件時（如圖6所示），在脹塊上安裝與連桿座相應的墊塊，可以有效減小由焊接連桿座引起的凹陷變形。

圖6 焊接安裝座墊塊

5 焊接變形的利用

由于采用上述方案不能完全消除焊接變形，因此有效利用焊接變形是研究重點。在環焊縫焊接完成后，測量筒體的橢圓變形，找出內、外筒體長軸及短軸的方向，如果按如圖7（a）所示的位置擺放可見，在垂直和水平方向連桿座和耳座間的距離差很大，無法保證如圖1所示的尺寸（C±0.11 mm）；按如圖7（b）所示加工連桿座和，也就是連桿座和耳座的布局有利于利用焊接變形，雖然內、外筒體發生了變形，但是在連桿座和耳座的位置處內、外筒體間距沒有變化，有利于保證連桿A的順利安裝，使橢圓變形的影響降到最小。

同步環是薄壁機械加工件，也會發生一定程度的變形，與焊接在外筒體上的36件定位條的設計間隙為0.5mm，如圖8所示。實際上由內、外筒體焊接引起的變形在局部已經沒有間隙，造成同步環旋轉擺動阻力增大，由于同步環運動方式是擺動的特點，在實際安裝時找出靈活擺動的角向方位，可以達到利用變形的目的，保證同步環擺動靈活。

圖7 變形利用

圖8 同步環安裝結構

6 結束語

本文介紹的工藝方法具有工藝簡單，成本低廉的特點，可以有效減小焊接變形，試驗結果表明，可調引射器調節片工作時能夠保證打開和關閉2個位置的穩固，不擺動；未發現構件失效等問題，其可靠性可初步滿足裝機要求。

由于焊接過程及焊接結構的復雜性，尚不能完全消除焊接變形的影響，因此進一步研究控制焊接變形的工藝措施和技術方案，同時掌握焊接變形的規律，合理利用焊接變形，具有重要的現實意義。

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Welding Deformation ControlMethod of Novel Adjustable Ejector

WANG Yu-wu
（AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China）

To ensure the flexibility of adjustable ejectors,the positioning method of expander and harmogegathy-block was adopted to induce cylinder deformation by its structure characteristics.The position of the link base and manifold lug were reasonably distributed to utilize welding residual deformation.And installing heel block corresponding to the link base on harmogegathy-block can reduce the sunken deformation caused by welding the link base and ensure that the components were installed successfully.According to the swinging feature of synchronous rings,the angular location of synchronous rings was determined,which effectively guarantees the motion requirement of adjustable ejectors.The experimental results show that the open-close position of the adjustable ejector is stable without failures,and the reliability meets operating requirements tentatively.

adjustable ejector;welding deformation;deformation control;aeroengine

2012-07-10

王玉武（1961），男，高級工程師，主要從事機械加工、鈑金焊接工藝等研究工作。