一種薄壁焊接機匣制造技術

高獻娟　黃青松　方連軍　宋雨桐　李根深（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　110862）

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一種薄壁焊接機匣制造技術

高獻娟黃青松方連軍宋雨桐李根深
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110862）

摘要：本文介紹了薄壁焊接機匣的加工過程，薄壁焊接機匣是大型薄壁鈦合金鈑金焊接組合件，它集合了成型、焊接、車加工、四坐標加工、五坐標加工、熱處理、無損檢測等工藝于一體。薄壁焊接機匣是發動機上的熱端部件。本文分析了該零件的主要加工難點，闡述了針對難點采取的行之有效的技術措施，摸索零件的焊接及焊后熱處理的變形規律，從而采取必要的工藝控制措施，達到零件設計質量要求。

關鍵詞：焊接變形；工藝控制；技術措施

1 引言

某薄壁焊接機匣是航空發動機的重要部件，屬于大型薄壁鈦合金鈑金成型焊接組合件，通過攻關試驗，摸索零件合適的加工路線，合理的工裝、合理的工藝參數、優良的加工程序，為類似件的加工提供可靠的參考依據，積累有效的加工經驗。

2 難點分析

2.1 薄壁焊接機匣后安裝邊焊接邊上分布有24個安裝座，外形面復雜，通過車銑加工完成，安裝邊薄壁位置不等厚；安裝邊直徑φ950H9（0＋ 0.26），最小壁厚1.5±0.1；大量的銑加工對于鈑焊生產線來說是一次挑戰。

2.2 薄壁焊接機匣，屬于大型薄壁鈦合金鈑金焊接組合件，它集合了成型、焊接、車加工、四坐標加工、五坐標加工、熱處理、無損檢測等工藝于一體。本零件特點是大直徑環形安裝邊筒體零件，焊縫集中、焊接量大，零件壁薄，鋼性差；焊接變形可控性差求。零件的焊接變形控制及機加都是本零件的加工難點

3 技術措施

從以上的分析可以看出，本零件的特點為典型的安裝邊筒體零件，安裝邊的加工采用合理的車銑夾具，保證零件在工作狀態下進行加工；薄壁焊接機匣的加工制造采用激光精確下料，熱定型及車加工的加工工藝保證零件的圓度及直徑尺寸，為組件的焊接奠定良好的基礎。薄壁焊接機匣組件的加工工藝的加工路線以酸洗、焊接前后安裝邊、X光檢測、車基準、熱定型、激光加工型孔、預變形焊接安裝座、X光檢查、熱定型、車加工前后安裝邊、銑加工安裝座、鏜前后安裝邊孔、攻螺紋、安裝鋼絲落鏍套、標印、檢驗等主要加工工序。采取合理的工藝方法、工藝參數以及專用工裝來控制及減小變形，從而保證零件的后續機械加工，使零件滿足使用要求。

4 零件的加工過程簡介

4.1 工藝

4.1.1 夾具的組合選用

經過充分理解設計圖紙，鑒于本零件筒體結構，確定了一套單件筒體和組合件共用的熱定型夾具，此夾具既考慮了單件的定型尺寸及余量的預留及組合后安裝邊焊接的高度尺寸的偏差，單組件共用一套熱定型夾具精確的保證了設計圖紙的型面尺寸要求。同時考慮了通用性，保證夾具的裝配定位的位置完全與零件的工作狀態一致。應用一套單組件共用的車加工和鏜加工共用的工裝，保證了零件的加工狀態與工作狀態一致，上下安裝邊在同一夾具上進行加工，保證零件的安裝邊的平行度為零。組合工裝的大大降低了工裝成本，并提高了零件的一致性。

4.1.2 零件焊接工藝分析

（1）控制焊接變形將是薄壁焊接機匣研制的關鍵中的關鍵。單件薄壁焊接機匣外壁焊接成型后，進行真空熱定型工序，來保證零件圓度，進行車前、后端面工序，從而保證后機匣焊接前、后安裝邊時，對接間隙均勻，減少焊接變形；

（2）組合焊接夾具設計成脹緊形式，將外壁與前、后安裝邊對接處脹緊，以消除后機匣外壁圓度差給焊接帶來的不利影響；

（3）派制熱定型夾具，控制焊接后的變形，確保零件內輪廓度。

（4）在焊接安裝座采用預變形夾具焊接安裝座。

焊接中，焊件受到電弧不均勻的加熱，受熱區的金屬熱膨脹程度就不同，此時由金屬熱引起的內應力及變形是暫時的；當焊接完成，焊件冷卻后，剩余的內應力造成焊件最終的焊接變形。焊接變形主要分為整體和局部變形兩大類。薄壁焊接機匣的焊接變形屬于后者，是不均勻變形，由于焊縫縱向的收縮，導致整個焊接變形表現為組件總長收縮、安裝邊端面不平及安裝座焊接處凹陷。

為了減小焊接變形，從工藝角度可以從以下幾個方面考慮。選擇合理的裝焊程序；（1）選擇合理的焊接順序（盡可能考慮焊縫能自由收縮，大構件應從中間向四周進行；先焊接收縮量大的焊縫；采取對稱焊接；采用不同的焊接順序）；（2）預變形法（反變形法）；（3）預熱和焊接緩冷；（4）增加焊接部位散熱速度；（5）通過配以夾具強制控制焊接變形等。

4.2 加工過程

薄壁焊接機匣的主要加工工藝為集件后進行酸洗，保證零件的焊前零件表面質量，在脹緊的夾具上自動焊接前后安裝邊，保證零件的前后安裝邊的圓度和同軸度，焊接后進行X光檢測保證零件的焊接質量，合格后進行粗加工大端安裝邊基準，保證零件在熱定型的過程中零件基準面的平面度，提高零件的熱定型的型面質量，熱定型后進行激光加工各安裝座的底孔，保證各底孔的位置度，修整后預變形焊接各安裝座，焊后X光檢測，合格后再進行熱定型消除安裝座的焊接變形后進行車前后安裝邊，在不拆卸夾具的情況下用五坐標加工中心鏜安裝座的端面及孔，鏜小安裝邊上的孔，在同一工作位置進行加工保證了零件的安裝座及孔的相對位置，翻轉后進行大端安裝邊上孔的加工完成后進行攻螺紋、安裝鋼絲螺套等工序，最終檢驗完成本零件的加工。

5 結果討論與問題分析

采用以上工藝路線和組合焊接夾具及安裝座預變形焊接夾具，能夠生產出完全滿足裝配要求的零件，此工藝路線正確、合理，工裝夾具結構合理、通用性好。我們采用脹緊式組合焊接夾具及安裝座預變形焊接夾具，真空熱定型等手段有效地控制了焊接變形，滿足了后續機加工序的需要，為此件的首件交付掃清了最大的技術障礙，從而保證了該新機的整體研制進度。

參考文獻

[1]顏明皋.中國航空材料手冊[M].北京：國標準出版社，1989.

[2]焊接手冊（第2卷）.材料的焊接[M].北京：機械工業出版社，2014.

[3]顧曾迪，等.焊接冶金原理[M].北京：清華大學出版社，1991.

中圖分類號：TG43

文獻標識碼：A