航空發動機制造的電子束焊接技術分析

阮芳 侯淳璞

摘? 要：電子束焊是通過加速聚焦電子束轟擊在真空或非真空狀態的焊接面，融化被焊接工件，達到焊接效果的一種焊接技術手段。航空發動機制造中應用電子束焊接技術手段具有簡單便捷的優勢。基于此，該文主要對航空發動機的風扇機匣制造、壓氣機制造、渦輪制造、燃燒室制造中電子束焊接技術的應用進行了簡單的分析，探究了電子束焊接技術的具體應用與效果，以供參考。

關鍵詞：航空發動機制造;電子束焊接技術;電子束焊接應用

中圖分類號：V263? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 風扇機匣制造電子束焊接技術的應用

航空發電機低壓風扇機匣制作中最為關鍵的就是控制發動機重量，對此要應用鈦合金材料。為了保障其焊接質量，在機匣的外環以及靜子葉片的焊接中應用了電子束焊接技術手段。

電子束焊接技術可以在真空環境中完成鈦合金焊接，避免了鈦合金在大氣環境中出現的氧化問題。通過電子束焊接鈦合金具有輸入量小，零件變形小的優勢，在應用可以在數控編程的支持之下1次性的完成焊接操作，效率相對較高，質量較好。

通過電子束焊接的方式進行焊接處理可以有效地減輕風扇強度，同時，在設計過程中為了堅強其整體質量，要在風扇機匣強度、剛性基礎之上將機匣壁厚減薄2 mm，主要就是在風扇機匣焊接之后要進行后續的加工處理。對此，在進行電子束焊接過程中要選擇合適的工藝參數數值，把鈦合金材料變為單焊雙面成形的模式，在焊接中要避免產生焊接飛濺物質，合理控制因為焊縫背面堆高而造成的參數過大等問題，提升機匣中的流通性，有效地規避因為氣體運動產生不良影響。

同時，要根據實際狀況合理地選擇焊接工藝方案與手段，根據規范進行焊后熱處理，把各個零部件變形控制到最小的范圍中;通過數控編輯分析進行零件的焊接。

2 壓氣機制造中電子束焊接技術的應用

壓氣機的零部件制造中應用電子束焊接技術效果顯著。壓氣機轉子制造中其主要應用的材料就是鈦合金以及GH4169材料，這些材料具有轉速高的優勢，可以實現每分鐘高達數千以及數萬轉的效果。鼓盤類型的轉子具備了鼓式轉子以及盤式轉子2種類型的優勢特征，具有良好的抗彎剛性以及離心荷載最大的能力，主要應用在現代的渦扇發動的高壓壓氣機中，其具有不可拆卸的優勢，通過與圓柱面緊密配合，徑向銷釘連接以及焊接的2種方式進行處理。

壓氣機再制造過程中轉子的零部件相對較多，如果其制造偏差就會直接地影響轉子的定心以及平衡，為了提升整體的平穩性，就要對連接位置結構進行加寬加厚處理，這樣就會增加轉子的整體重量。

鼓盤轉子焊接中無須連接的零部件，對其處理過程中要根據組件的對稱軸、跳動的各項要求，進而提升整體的穩定性，也可以避免了加工以及裝配中的不穩定性等相關因素，可以減輕結構重量，提升整體結構的穩定性。但是轉子焊接中必須要嚴格控制，加強對焊接基礎的管理，重視各個零部件焊接監督，保障符合規范要求，滿足焊縫焊接質量要求。

通過電子束焊接壓氣機轉子中最常見的問題就是生氣孔缺陷問題。在鈦合金中因為轉子件的焊接級數相對較多，零部件的成本相對較高，對此在焊接過程中要保障其一次焊接成功。在電子束焊應用之前，要綜合實際狀況進行焊接參數的模擬，通過模擬驗證的方式避免出現氣孔等問題，通過添加排氣槽的方式進行處理，要綜合不同材料合理的對接頭 進行化學以及機械清理。

焊接過程中應用穿透焊接技術，必須要做好氣孔缺陷的預防處理，加強飛濺物等防護處理，避免變形等問題的出現。在焊接中如果要應用非穿透的焊接處理，則就要將在焊接中的問題引入焊襯底中，對其進行處理，進而保障焊縫的整體質量。一般狀況之下要加厚襯底，在焊接過程中保障襯底背面的微透性，進而有效地控制因為飛濺物而造成的燒傷以及黏附等問題，也可以在一定程度上控制零部件變形問題。因為零部件在焊接之后在內部表面上無法進行護理，對此要分析轉子件焊接之后對稱軸、收縮量以及跳動值的分析，要在焊接工藝等角度開展，通過焊接以及熱處理的工藝進行處理，避免轉子變形等問題的出現。

為了有效地控制轉子件的質量，保障其符合重量結構的實際要求，在現代的設計領域中逐漸地應用了整體的葉盤制造技術，通過該電子束焊接的方式保障盤與盤之間的有效連接，可以有效地提升焊接效果與質量。

3 渦輪制造中電子束焊接技術的應用

通過電子束焊接的方式進行燃氣渦輪盤軸焊接可以提升其整體性能指標。盤軸連接屬于渦輪中最為簡單的不可拆卸結構，是一種承載轉動件，扭轉荷載相對較大，進行焊接時要保障盤軸的對稱軸以及跳動符合規范的要求。

通過電子束焊接進行焊接過程中，利用整體件加工的方式可以降低難度，提升材料利用效率。在盤軸結構焊接中，要綜合不同材料的焊接接頭位置的具體狀況，分析在不同狀況下的影響，盡可能地將焊接接頭放在應力小且壁厚相對較薄的位置上。

制作渦輪導向葉片的時候，如果存在氣動力過大、缺乏穩定的脈動負荷作用、高溫燃氣包圍等環境，就會出現溫度高、冷熱變化較大以及溫度變化缺乏均勻性等問題，這樣就會導致葉片失效等問題。在設計過程中，要合理的組合配置，精準定位，強化公差設計分析，便于后續的更換。

導向葉片應用的是鑄造高溫合金材料，其整體價格相對較為昂貴，此種類型的材料主要通過精密儀器鑄造。為了提升葉片的冷卻效果，提升工作質量，會將其設計為空心葉片的形式。而對于此種類型的葉片焊接過程中，要求嚴格必須要通過相同的工藝參數進行一次焊接，保障焊縫質量。如果焊縫存在質量問題就會生產裂紋缺陷，在發動機工作一段時間之后，就會影響其整體性能。

4 燃燒室電子束焊接技術的應用

進行發動機燃燒室的加工制造中應用電子束焊接處理效果顯著。燃燒室中的零部件是在整個發動機中要承受較多負荷的零部件，其重量相對較輕，運行過程中很容易出現故障問題，會嚴重地影響其相關零部件的運行。因此，要加強對燃燒室中零部件的制造過程中必須要嚴格要求。

燃燒室機匣制造過程中通過電子束焊接的方式進行焊接，將安裝邊以及鈑金件連接，可以節省材料。發動機中主要應用環形燃燒室結構，其主要的燃燒室中的外機匣中軍事通過電子束焊接的方式進行焊接。

電子束焊接技術可以實現燃燒室內外機匣、前置擴壓器以及內機匣的有效鏈接。象對于存在的應變時效裂紋問題，在焊接之前就要進行材料處理，分析焊接工藝、工裝等幾個方面，要對材料進行有效處理，合理控制焊后應力，進而解決焊接裂紋等問題。

火焰筒的制造過程中應用電子束焊接方式進行處理，主要就是進行外壁以及頭部、帽子、罩的焊接處理，因為其結構等因素的影響，合理的控制電子束焊接的焊接輸入量，避免輸入量過大而造成的零件變形等問題。綜合結構狀況合理分析，合理應用。象在非穿透焊接過程中要避免焊接過程中產生飛濺物以及焊瘤等影響發動機使用，要根據狀況制定合理的預防對策與手段。

5 結語

航空發動機風扇機匣制造、壓氣機制造、渦輪制造制造、燃燒室制造中均應用了電子束焊接技術手段，此種技術應用效果顯著，可以有效地滿足航空發動機制造的各種需求，提升了發動機的安全性、牢固性，滿足各個系統中穩定連接的要求，在根本上提升了發動機制造密封性提升焊接質量與效果，是一種較為有效的技術手段。

參考文獻

[1]張雪飛，路芳宇.現代焊接技術中的電子束焊接技術[J].科技創新與應用，2017（36）：51，53.

[2]張耀光，宮宇，邢利君.航空發動機關鍵制造技術分析與應用[J].科技創新與應用，2017（7）：104.