一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法
【专利摘要】一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，属于航空发动机零部件制造【技术领域】。本发明中对腹板和支板头进行预装配时，将焊缝收缩变形考虑到预装配尺寸当中，保证焊后尺寸与外机匣设计尺寸一致，焊缝处不会产生收缩应力，避免产生应力集中，防止裂纹产生；由于焊缝处无收缩应力产生，不会出现因收缩应力作用导致前、后安装边的变形；内环与支板扁管先行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配焊接，焊后支板扁管承受拉应力，刚好能够与发动机运行过程中支板扁管受到的压应力相抵消，降低应力集中受力状态，避免裂纹和变形产生；热处理过程中利用热处理夹具使结构应力平衡分布，避免应力释放导致的后机匣组件变形。
【专利说明】一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空发动机零部件制造【技术领域】，特别是涉及一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法。
【背景技术】
[0002]后机匣组件作为航空发动机的重要承力部件，其主要由内环、外机匣及支板扁管组成，而外机匣包括前安装边、后安装边、腹板及支板头，后机匣组件焊缝数量多且结构复杂，后机匣组件所处的工作环境同样复杂，在发动机运行过程中，外机匣外部通过外涵低温气流，使外机匣呈收缩趋势，外机匣与内环之间通过高温气流，使内环呈膨胀趋势，支板扁管需要承受来自内环与外机匣之间的强大压应力作用。按照传统制造工艺生产的后机匣组件，在使用过程中发现后机匣组件出现了变形和裂纹，这严重影响了发动机的使用寿命和运行安全。
[0003]传统的后机匣组件制造工艺方法存在的不足之处如下:
[0004]①外机匣的焊缝在焊后收缩严重，所产生的收缩应力将全部作用在支板扁管上，造成支板扁管对外机匣和内环的安装座根部产生非常大的应力集中作用，使外机匣和内环的安装座根部产生裂纹；
[0005]②外机匣焊缝的收缩应力也会直接作用在前、后安装边上，使前、后安装边在收缩应力作用下产生变形；
[0006]③传统焊接顺序为:先统一将内环、支板扁管及外机匣支板头焊接在一起，最后再统一焊接外机匣及其前、后安装边，外机匣焊缝的收缩应力会通过支板扁管直接作用在内环的安装座根部，使内环因应力集中作用产生变形，使内环的安装座根部产生裂纹；
[0007]④传统制造工艺中对后机匣组件进行热处理是在自由状态下进行的，而热处理过程中的应力释放会导致后机匣组件发生变形。
【发明内容】
[0008]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，对腹板和支板头进行预装配时，将焊缝收缩变形考虑到预装配尺寸当中，在进行电子束焊接时，可保证焊后尺寸与外机匣设计尺寸一致；对内环与支板扁管先行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配焊接，焊后的支板扁管承受拉应力，刚好能够与发动机运行过程中支板扁管受到的压应力相抵消，从而降低后机匣组件的应力集中受力状态；最后在热处理过程中利用热处理夹具对后机匣组件装夹定位，使后机匣组件的结构应力平衡分布，避免应力释放导致的后机匣组件变形。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，包括如下步骤:
[0010]步骤一:利用焊接夹具预装配腹板和支板头，预装配尺寸为外机匣设计尺寸与焊缝收缩变形尺寸之和，再按照外机匣预装配尺寸对腹板进行划线，然后取下腹板按照划线进行纟先加工；
[0011]步骤二:清洗内环及外机匣的前、后安装边，抛光腹板、支板头、支板扁管的待焊部位及引弧环表面至金属光泽，最后清理抛光面污物；
[0012]步骤三:先将一个引弧环装配到焊接夹具的底盘上，再按照预装配尺寸装配腹板和支板头，并构成外机匣主体形状，然后将另一个引弧环装配到焊接夹具的压盖上，最后安装压盖完成定位装夹；
[0013]步骤四:利用氩弧焊对腹板、支板头及引弧环进行定位焊接，定位焊点间隔为20臟，定位焊点沿纵向焊缝均匀分布；
[0014]步骤五:将定位焊接后的外机匣零件及其焊接夹具一同送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对纵向焊缝进行电子束焊接，焊后焊缝处收缩应力自由释放使焊缝收缩变形，经焊缝收缩变形后的外机匣尺寸与外机匣设计尺寸一致；
[0015]步骤六:将电子束焊接后的外机匣零件从真空室内取出，并对外机匣的支板头与支板扁管的待焊对接处进行铣加工；
[0016]步骤七:先将内环与支板扁管进行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配，此时后机匣组件初装完成；先利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊接完成后，再利用氩弧焊进行正式焊接，正式焊接完成后，支板扁管承受拉应力，在发动机运行过程中，支板扁管承受的拉应力能够与工作中受到的压应力相抵消，从而降低后机匣组件的应力集中受力状态；
[0017]步骤八:参照外机匣前、后安装边的装配要求，对外机匣主体进行车加工；
[0018]步骤九:先将前、后安装边装配到外机匣主体上，再利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊点间隔为30?50111111，定位焊点沿周向均勻分布；
[0019]步骤十:将定位焊接后的后机匣组件送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对安装边进行电子束焊接；
[0020]步骤十一:将完成电子束焊接的后机匣组件从真空室内取出，并对后机匣组件的所有焊缝进行质量检查，合格后，再对焊缝表面进行抛光处理，抛光后焊缝余高不大于
0.2臟；
[0021]步骤十二:将后机匣组件装夹到热处理夹具内，再将后机匣组件及其热处理夹具一同送入真空热处理炉内，通过真空热处理炉消除后机匣组件的焊接应力，使后机匣组件时效硬度值满足要求；
[0022]步骤十三:对后机匣组件进行车、镗、铣加工，直至达到最终设计尺寸。
[0023]所述的热处理夹具包括底座、胀块、锥环、压板、楔块及心轴，后机匣组件通过安装边放置于底座上，心轴位于底座中心，心轴一端通过止口限位于底座，胀块均布于底座上并与后机匣组件的内环相贴合，压板与锥环通过螺栓相固接并套于心轴外，锥环同时与胀块接触，心轴另一端与压板之间通过楔块锁紧。
[0024]本发明的有益效果:
[0025]本发明与现有技术相比，由于对腹板和支板头进行预装配时，将焊缝收缩变形考虑到预装配尺寸当中，在进行电子束焊接时，可保证焊后尺寸与外机匣设计尺寸一致，焊缝处不会产生收缩应力，从而避免了支板扁管对外机匣和内环的安装座根部产生应力集中作用，防止裂纹的产生；由于焊缝处无收缩应力产生，不会出现因收缩应力作用导致前、后安装边的变形；本发明采用对内环与支板扁管先行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配焊接，焊后的支板扁管承受拉应力，刚好能够与发动机运行过程中支板扁管受到的压应力相抵消，从而降低后机匣组件的应力集中受力状态，避免了裂纹和变形的产生；本发明在热处理过程中利用热处理夹具对后机匣组件装夹定位，使后机匣组件的结构应力平衡分布，避免应力释放导致的后机匣组件变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为后机匣组件主视剖视图；
[0027]图2为后机匣组件侧视剖视图；
[0028]图3为焊接夹具结构示意图；
[0029]图4为热处理夹具结构示意图；
[0030]图中，1.1—腹板，1.2—支板头，1.3—支板扁管，1.4一内环，1.5—前安装边，
1.6一后安装边，2.1一后机匣组件，2.2一底盘，2.3一压盖，2.4一定位块，2.5一顶块，2.6一上盘,2.7一下盘,2.8一维块，2.9一心柱，3.1一底座，3.2一压板，3.3一胀块，3.4一维环，3.5一模块，3.6一心轴，3.7一起重螺检。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0032]后机匣组件焊前零件包括8块腹板、8块支板头、8根支板扁管、2个引弧环、1个前安装边、1个后安装边及1个内环，8块腹板与8块支板头之间具有16条纵向焊缝。
[0033]所述的一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，包括如下步骤:
[0034]步骤一:利用焊接夹具预装配腹板和支板头，预装配尺寸为外机匣设计尺寸与焊缝收缩变形尺寸之和，再按照外机匣预装配尺寸对腹板进行划线，然后取下腹板按照划线进行纟先加工；
[0035]步骤二:清洗内环及外机匣的前、后安装边，抛光腹板、支板头、支板扁管的待焊部位及引弧环表面至金属光泽，最后清理抛光面污物；
[0036]步骤三:先将一个引弧环装配到焊接夹具的底盘上，再按照预装配尺寸装配腹板和支板头，并构成外机匣主体形状，然后将另一个引弧环装配到焊接夹具的压盖上，最后安装压盖完成定位装夹；
[0037]步骤四:利用氩弧焊对腹板、支板头及引弧环进行定位焊接，定位焊点间隔为20臟，定位焊点沿纵向焊缝均匀分布；
[0038]其中，利用氩弧焊进行定位焊接的参数为:焊丝牌号为！1(^4169，焊丝直径为小1.2?4 1.6，焊枪保护氩气流量为6?817111111，零件背面保护氩气流量为8?
无极直径为“臟，焊接电流为40?70八，电弧电压为8?12乂 ；
[0039]步骤五:将定位焊接后的外机匣零件及其焊接夹具一同送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对纵向焊缝进行电子束焊接，焊后焊缝处收缩应力自由释放使焊缝收缩变形，经焊缝收缩变形后的外机匣尺寸与外机匣设计尺寸一致；
[0040]其中，对纵向焊缝进行电子束焊接的参数为:真空度为6.4X10—4池虹，高压为150.，焊接束流为7.8—，焊接速度为16臟々，摆动波形为作匕叩匕，摆动幅值为1.6臟，摆动频率为50取；
[0041]步骤六:将电子束焊接后的外机匣零件从真空室内取出，并对外机匣的支板头与支板扁管的待焊对接处进行铣加工；
[0042]步骤七:先将内环与支板扁管进行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配，此时后机匣组件初装完成；先利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊接完成后，再利用氩弧焊进行正式焊接，正式焊接完成后，支板扁管承受拉应力，在发动机运行过程中，支板扁管承受的拉应力能够与工作中受到的压应力相抵消，从而降低后机匣组件的应力集中受力状态；
[0043]其中，利用氩弧焊进行定位焊接的参数为:焊丝牌号为！1(^4169，焊丝直径为小1.2?￠1.6，焊枪保护氩气流量为10?1317111111，零件背面保护氩气流量为10?151/111111，无极直径为2111111，焊接电流为50?60八，电弧电压为8?12乂 ；
[0044]利用氩弧焊进行正式焊接的参数为:焊丝牌号为！1(^4169，焊丝直径为小1.2?小1.6，焊枪保护氩气流量为10?1317111111，零件背面保护氩气流量为6?无极直径为仏臟，焊接电流为50?60八，电弧电压为8?12乂 ；
[0045]步骤八:参照外机匣前、后安装边的装配要求，对外机匣主体进行车加工；
[0046]步骤九:先将前、后安装边装配到外机匣主体上，再利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊点间隔为30?50111111，定位焊点沿周向均勻分布；
[0047]其中，利用氩弧焊进行定位焊接的参数为:焊丝牌号为！1(^4169，焊丝直径为小1.2?4 1.6，焊枪保护氩气流量为6?817111111，零件背面保护氩气流量为8?
无极直径为“臟，焊接电流为40?70八，电弧电压为8?12乂 ；
[0048]步骤十:将定位焊接后的后机匣组件送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对安装边进行电子束焊接；
[0049]其中，对安装边进行电子束焊接的参数为:真空度为'，高压为150.，焊接束流为7.6—，焊接速度为…臟/?摆动波形为三角波，摆动幅值为1.5臟，摆动频率为50取；
[0050]步骤十一:将完成电子束焊接的后机匣组件从真空室内取出，并对后机匣组件的所有焊缝进行质量检查，合格后，再对焊缝表面进行抛光处理，抛光后焊缝余高不大于
0.2臟；
[0051]步骤十二:将后机匣组件装夹到热处理夹具内，再将后机匣组件及其热处理夹具一同送入真空热处理炉内，通过真空热处理炉消除后机匣组件的焊接应力，使后机匣组件时效硬度值满足要求；
[0052]步骤十三:对后机匣组件进行车、镗、铣加工，直至达到最终设计尺寸。
[0053]所述的热处理夹具包括底座、胀块、锥环、压板、楔块及心轴，后机匣组件通过安装边放置于底座上，心轴位于底座中心，心轴一端通过止口限位于底座，胀块均布于底座上并与后机匣组件的内环相贴合，压板与锥环通过螺栓相固接并套于心轴外，锥环同时与胀块接触，心轴另一端与压板之间通过楔块锁紧。
[0054]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【权利要求】
1.一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一:利用焊接夹具预装配腹板和支板头，预装配尺寸为外机匣设计尺寸与焊缝收缩变形尺寸之和，再按照外机匣预装配尺寸对腹板进行划线，然后取下腹板按照划线进行铣加工； 步骤二:清洗内环及外机匣的前、后安装边，抛光腹板、支板头、支板扁管的待焊部位及引弧环表面至金属光泽，最后清理抛光面污物； 步骤三:先将一个引弧环装配到焊接夹具的底盘上，再按照预装配尺寸装配腹板和支板头，并构成外机匣主体形状，然后将另一个引弧环装配到焊接夹具的压盖上，最后安装压盖完成定位装夹； 步骤四:利用氩弧焊对腹板、支板头及引弧环进行定位焊接，定位焊点间隔为20_，定位焊点沿纵向焊缝均匀分布； 步骤五:将定位焊接后的外机匣零件及其焊接夹具一同送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对纵向焊缝进行电子束焊接，焊后焊缝处收缩应力自由释放使焊缝收缩变形，经焊缝收缩变形后的外机匣尺寸与外机匣设计尺寸一致； 步骤六:将电子束焊接后的外机匣零件从真空室内取出，并对外机匣的支板头与支板扁管的待焊对接处进行铣加工； 步骤七:先将内环与支板扁管进行装配焊接，再将带内环的支板扁管与外机匣的支板头进行对接装配，此时后机匣组件初装完成；先利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊接完成后，再利用氩弧焊进行正式焊接，正式焊接完成后，支板扁管承受拉应力，在发动机运行过程中，支板扁管承受的拉应力能够与工作中受到的压应力相抵消，从而降低后机匣组件的应力集中受力状态； 步骤八:参照外机匣前、后安装边的装配要求，对外机匣主体进行车加工； 步骤九:先将前、后安装边装配到外机匣主体上，再利用氩弧焊进行定位焊接，定位焊点间隔为30?50mm，定位焊点沿周向均匀分布； 步骤十:将定位焊接后的后机匣组件送入电子束焊机的真空室内，在真空室内对安装边进行电子束焊接； 步骤十一:将完成电子束焊接的后机匣组件从真空室内取出，并对后机匣组件的所有焊缝进行质量检查，合格后，再对焊缝表面进行抛光处理，抛光后焊缝余高不大于0.2mm ； 步骤十二:将后机匣组件装夹到热处理夹具内，再将后机匣组件及其热处理夹具一同送入真空热处理炉内，通过真空热处理炉消除后机匣组件的焊接应力，使后机匣组件时效硬度值满足要求； 步骤十三:对后机匣组件进行车、镗、铣加工，直至达到最终设计尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种能够解决变形和裂纹问题的后机匣组件制造方法，其特征在于:所述的热处理夹具包括底座、胀块、锥环、压板、楔块及心轴，后机匣组件通过安装边放置于底座上，心轴位于底座中心，心轴一端通过止口限位于底座，胀块均布于底座上并与后机匣组件的内环相贴合，压板与锥环通过螺栓相固接并套于心轴外，锥环同时与胀块接触，心轴另一端与压板之间通过楔块锁紧。
【文档编号】B23P15/00GK104439926SQ201410591793
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】黄青松, 石竖鲲, 杨涧石, 陈振林, 高献娟 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司