一种薄壁冷气导管连接方法与流程

本发明涉及一种航空发动机涡轮部件焊接技术，具体地说是一种薄壁冷气导管连接方法。

背景技术：

冷气导管作为航空发动机涡轮部件的重要组成部分，构成了涡轮部件空气流路的一部分，在涡轮部件冷却过程中具有至关重要的作用。

冷气导管为异型扭曲结构，与同类零件相对，结构更为复杂；冷气导管的任意截面呈半月牙形；由外环端向内环端，截面扭曲收敛。为保证导管气膜孔群的冷却效果及其与空心叶片的装配要求，冷气导管的叶盆、叶背均具有严格的型面控制要求，型面坐标控制点数超过1000点，制造精度要求极高。

冷气导管厚度仅为0.3mm，经两次钣金弯曲成形后，通过焊接形成闭合腔体。

冷气导管的焊缝为拟合曲线，向叶背侧偏离；施焊面宽度仅为2.5～4.0mm，单侧最小宽度仅为1.0～1.5mm。一般采用钨极氩弧焊焊接，允许添加焊丝，但不允许采用搭接接头。采用钨极氩弧焊方法进行冷气导管焊接时存在如下问题：

(1)焊缝成型质量和一致性差，必须进行焊后修磨，且导管内部难以修磨，增加了大量的人工成本和制造周期；

(2)焊接过程不稳定，易出现焊漏、烧穿、主体烧伤等缺陷，焊接合格率低；

(3)焊接热输入大而不均匀，焊接变形难以控制，叶盆、叶背型面精度难以保证；

为此需要探索一种技术效果良好的连接方法，有效的避免上述问题，实现冷气导管的焊接。

技术实现要素：

针对现有技术中航空发动机薄壁冷气导管焊缝成型质量和一致性差、叶盆、叶背型面精度难以保证等不足，发明要解决的问题是提供一种避免焊漏、烧穿、主体烧伤等缺陷，保证冷气导管叶盆、叶背的型面精度的薄壁冷气导管连接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种薄壁冷气导管连接方法，包括以下步骤：

冷气导管接头制备：对薄壁冷气导管接头进行抛光处理，去除重熔层、飞溅物、氧化层，零件对接面、施焊面正反面和圆角过渡处进行清洗、吹干；

冷气导管装夹定位：将焊接夹具的型芯由收弧板端插入零件内，使零件收弧板端的导管轮廓与型芯的划线平齐，放入焊接夹具型槽内，装配夹紧；起、收弧板间隙不大于0.1mm；主体焊缝间隙局部不大于0.15mm，无可视的焊前错牙或搭接；

示教扫描：利用工业机器人夹持激光焊接头，调整机器人使激光器偏焦量，将激光器的引导光斑对准焊缝；空运行程序并观察引导光斑，确保引导光斑始终覆盖焊缝；

冷气导管焊接：喷嘴直径为10mm，距施焊面为4mm；保护气体为Ar气，焊前先行送气不小于10s，焊后延迟保护送气10s；焊接不添加焊丝；确认无误后，运行焊接程序对冷气导管进行焊接；

拆除夹具：焊接完成后，立即取出型芯并将收弧板端夹持到虎口卡钳上，用一字型螺丝刀顶住零件收弧板，轻轻敲击螺丝刀手柄，使零件退出；

焊后清理：用脱脂棉蘸取丙酮或酒精对施焊面进行清理，去除焊缝镀金的熏镀色。

冷气导管焊接，具体为：光纤激光器功率为160～240W，偏焦量为+4～+8mm，焊接速度为6～12mm/s，激光功率上升和下降时间为0.2～0.5s；同轴保护，保护气流量为15～30L/min；

在示教扫描步骤中，选取起弧点、收弧点和两者中间点，编程拟合C型曲线。

冷气导管装夹定位，具体为：旋开压紧旋钮，将零件非施焊侧朝下放入夹具型槽内；调整型芯位置和角度，使尾端与定位块接触、零件非施焊侧与底部定位块接触；旋紧压紧旋钮，使焊缝闭合；当焊缝对接面开始接触时，轻缓的旋紧压紧旋钮以调整装配间隙，同时轻击施焊面以减小焊前错牙。

当焊缝局部间隙小于0.15mm时，停止旋紧压紧旋钮，并进行校正，进一步减小焊前错牙。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.应用本发明方法进行薄壁冷气导管焊接，可获得成型质量和一致性良好的焊缝，避免焊漏、烧穿、主体烧伤等缺陷，同时有效的控制焊接变形，保证冷气导管叶盆、叶背的型面精度。

2.本发明方法利用工业机器人搭载光纤激光器自动焊接，实现了0.3mm厚冷气导管的焊接；稳定而低的焊接热输入、独特的装夹工艺，最大限度的减小了焊接变形，保证了冷气导管叶盆、叶背型面精度要求。

3.应用本发明方法，焊缝正反面平滑光洁、均匀一致，宽度为0.8～1.0mm；自熔焊接，焊缝正反面基本无余高，无需修磨处理；无焊漏、烧穿或主体烧伤等缺陷。

4.本发明方法工艺过程稳定、重复性和适应性好，批量零件一次焊接合格率可达到94％，可大幅缩短制造周期、节约制造成本；仅需一次示教扫描即可完成批量焊接，日均生产量达100～200件。

附图说明

图1A为本发明的薄壁冷气导管结构示意图；

图1B为图1A的A-A向剖视图；

图2为本发明的冷气导管装夹示意图。

其中，1为冷气导管，2为型芯，3为底部定位块，4为压紧旋钮，5为可动压块，6为定位块，7为固定定位块，8为底座，9为收弧板，10为焊缝，11为施焊面，12为起弧板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本实施例如图1A、1B所示

(1)零件情况

如图1所示，为待焊冷气导管，原材料为0.3mm厚的GH188带材，激光切割备料，经两次钣金弯曲成形。零件起、收弧板的宽度均为4mm，长度大于6mm。

(2)实施方式

步骤一：接头制备

采用机械抛光对接头进行处理，去除焊缝对接面、施焊面正反面的激光切割重熔层及飞溅物、氧化层等。利用丙酮或酒精对零件对接面、施焊面正反面和圆角过渡处进行清洗；清洗完毕后，用压缩空气枪吹干零件。

步骤二：冷气导管装夹定位

如图2所示，将焊接夹具的型芯2由收弧板端插入冷气导管1内，使冷气导管1收弧板端的导管轮廓与型芯2的划线平齐；旋开压紧旋钮4，将冷气导管1非施焊侧朝下放入夹具型槽内；调整型芯2位置和角度，使尾端与定位块6接触、冷气导管1非施焊侧与底部定位块3接触；旋紧压紧旋钮4，使焊缝10(如图1A、1B所示)闭合；当焊缝对接面开始接触时，轻缓的旋紧压紧旋钮4以调整装配间隙，同时利用不锈钢小锤轻击施焊11以减小焊前错牙；焊缝局部间隙小于0.15mm时，停止旋紧压紧旋钮4，并用小锤进行校正，进一步减小焊前错牙。

检查装夹质量，要求如下：起弧板12、收弧板9间隙不大于0.1mm；主体焊缝间隙局部不大于0.15mm，无可视的焊前错牙或搭接。

步骤三：示教扫描

利用工业机器人夹持激光焊接头，调整机器人使激光器偏焦量为+6mm。将激光器的引导光斑对准焊缝，选取起弧点、收弧点和两者中间点，编程拟合C型曲线；空运行程序并观察引导光斑，确保引导光斑始终覆盖焊缝，否则则重新选取中间点并微调起弧、收弧点，直至符合要求。

步骤四：冷气导管焊接

用丙酮或酒精对施焊面进行补充清理，工艺参数设置如下：光纤激光器功率为200W，偏焦量为+6mm，焊接速度为10mm/s，激光功率上升和下降时间为0.3s；同轴保护，保护气流量为25L/min；喷嘴直径为10mm，距施焊面4mm；保护气体为Ar气，焊前先行送气10s，焊后延迟送气10s；焊接不添加焊丝。

确认无误后，运行焊接程序对冷气导管进行焊接。

步骤五：拆除夹具

焊接完成后，立即取出型芯并将大端即收弧板端夹持到虎口卡钳上，用一字型螺丝刀顶住零件收弧板，轻轻敲击螺丝刀手柄，使零件脱出。

步骤六：焊后清理

用脱脂棉蘸取丙酮或酒精对施焊面进行清理，去除焊缝镀金的熏镀色。

(3)实施效果

按上述方法进行焊接的冷气导管，焊缝均匀一致、平滑光洁，宽度为0.8～1.0mm，基本无余高，无需修磨；无焊漏、烧穿或主体烧伤等缺陷，一次合格率达94％；有效的控制了焊接变形，保证了冷气导管叶盆、叶背的型面精度。