一種軸頸電子束焊的解決方案

劉　杰　褚志華（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 技術部，遼寧 沈陽 110043）

一種軸頸電子束焊的解決方案

劉杰褚志華
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司 技術部，遼寧 沈陽 110043）

本文針對前軸頸電子束焊遇到的問題，通過設計制造專用夾具，定制專用鎖底環，實現了前軸頸不可能條件下的電子束焊，為相似構件的電子束焊提供借鑒。

軸頸；夾具；電子束焊

1 引言

真空電子束焊應用廣泛。電子束焊有穿透能力強、焊縫深寬比大、焊接效率高，熱影響區小，焊件變形小，焊接可達性好等諸多優點，已廣泛應用于航空、航天及其它工業領域。文中的前軸頸是一種工業用燃氣輪機上的關鍵件之一，材料為0Cr11Ni2MoVNb馬氏體不銹鋼，由兩個鍛件通過電子束焊焊成一個毛坯，再經機械加工形成的空心長軸類構件，尺寸多精度高，焊接及加工難度大。

2 前軸頸組成

前軸頸由軸段、安裝邊組成（如圖1所示）。軸段、安裝邊在鍛件狀態下經過粗加工，僅將焊接止口部位加工到待焊狀態，其它部位均留有機械加工余量。焊成組件后，經過機械加工完成各配合表面、花鍵套齒等高精尺寸的加工。焊接部位止口結構形式如圖1所示。

3 焊接存在問題及解決措施

3.1 焊接存在問題

由于更換了電子束焊設備，受焊槍可達性限制，必須改變焊接方向，即由軸段→安裝邊的焊接方向（圖1），改為由安裝邊→軸段的焊接方向（圖2）。焊接遇到的困難：當時待焊軸段和安裝邊已加工到待焊狀態，即安裝邊上帶鎖底的止口已加工到位（如圖1所示），改變焊接方向后，軸段上已沒有可加工出焊接鎖底的加工余量（如圖2所示）。這種條件下焊接必須解決兩個問題：（1）解決軸頸焊接時大端在上小端在下情況下的焊接穩定性及定位壓緊問題，需要設計制造專用夾具；（2）設計、加工焊縫背部鎖底環，可靠實現與兩待焊件的緊密裝配，鎖底環要具備焊縫背部鎖底功能。

3.2 解決措施

3.2.1 設計制造專用夾具

焊接夾具是防止或減小組件變形的有效手段，通過夾具可靠實現裝配定位，同時控制焊接變形。軸頸待焊部位厚度大（約90mm），焊后橫向、縱向收縮量大，焊縫金屬上、下收縮不均勻還可引起焊件角變形，夾具必須具有足夠強度、剛性，確保焊接過程穩定可靠。夾具定位的可靠性直接影響軸頸電子束焊接成敗，一旦失效將出現焊穿等導致軸頸報廢的嚴重后果。對夾具結構經反復論證，確定了最終夾具結構，詳見如圖3所示。

圖1 前軸頸焊接示意圖

圖2 前軸頸焊接示意圖

圖3 夾具結構簡圖

3.2.2 定制焊接鎖底環

采用與基體同種材料的0Cr11Ni2MoVNb鍛件加工焊接鎖底環。加工時必須保證鎖底與軸段、安裝邊接觸面同時緊密貼合。采用照配辦法，結合著色手段，實現鎖底環與軸段、安裝邊配合面的緊密貼合。

3.2.3 夾具與零件裝配過程

（1）將夾具的底座1與支撐套筒2焊接形成不可拆卸連接，提高結構剛性；通過緊固螺釘3將底座1與焊接轉臺固定，實現與轉臺的同步旋轉；（2）采用照配辦法，在支撐套筒2上車加工出配合止口，實現支撐套筒2與焊接鎖底環接觸面的緊密貼合，提高焊接過程穩定性；（3）裝配時首先將焊接鎖底環裝到支撐套筒2上，裝配安裝邊，將軸段插入支撐芯軸9，裝配螺栓5、壓板4、大壓板7，壓緊螺母8、螺母6后，進一步檢查支撐套筒2與焊接鎖底環塊貼合情況，確保貼合，否則調整直至貼合。

3.3 電子束焊

軸頸組件電子束焊時，對零件進行焊前清理后，定位焊，優化確定了焊接工藝參數，在夾具上完成了焊接，焊后進行缺陷檢查及補焊等工作。已成功完成前軸頸交付。

結語

采用專用夾具，通過定制專用鎖底環實現了前軸頸不可能條件下的電子束焊。

[1]楊薇，康文軍.某燃氣輪機高壓壓氣機后軸頸電子束焊接[J].航空制造技術，2012（08）.

TG456

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