薄壁环形件外表面磨损修复方法及其辅助装置与流程

本发明涉及一种环形薄壁零部件外壁磨损的修复方法及其修复辅助装置，特别是用于航空发动机维修领域薄壁环形类零件磨损的修复方法。

技术背景

薄壁环形件是指环形件的壁厚和它的径向尺寸相差悬殊的环形零件。一般认为环形件壁厚与内径曲半径之比小于1：20的环件称作薄壁环形件。航空发动机薄壁环形类零件在发动机运行过程中起着接头连接、应力传递等非常重要的作用。该类零件在服役过程中常因振动或交变应力作用与周围零件触碰发生相对运动，另外环形薄壁件径向刚性很差极易导致外壁磨损造成零件报废。由于这些零件具有壁厚变化复杂、刚性差等特点,在修复加工过程中容易产生变形,加工零件的精度得不到保证,多数必须通过人工校正进行补救,生产效率低,质量很难得到保证。目前，该类零件主要采用手工氩弧焊对磨损部位进行修复。然而大多数薄壁环形件磨损尺寸较小同时兼有环形磨损特征，传统手工氩弧焊修理存在一些无法避免的弊端。当氩弧焊形成的应力超过材料的屈服强度时就会出现塑性变形，主要质量问题表现为变形(形成椭圆状)，且表面质量较差；操作难度系数大，故障件壁厚一般低于2mm，焊接时稍有不慎就会将零件烧穿，环焊缝很难一次完成，焊后容易出现裂纹、气孔等缺陷；焊接热输入控制困难，焊后极易产生咬边、塌陷等焊接缺陷；焊接操作时间长，生产效率低，修复一件零件一般需要60～90min，焊接接头质量稳定性不高。

航空用薄壁环形件多数采用钛合金制造而成，氩弧焊修复时非常容易发生氧化现象，严重影响焊接接头质量。相较于手工氩弧焊技术，微束等离子焊接技术是一种先进的精密焊接技术，通过机械压缩、热压缩或电磁压缩形成等离子弧实现焊接，具有能量密度高、热输入低、精度高、焊缝热影响区小、焊后零件不易变形等优势，适用于薄壁材料(0.05～3mm) 焊接。

薄壁环形件属于发动机重要部件，尤其是变截面异形薄壁件，制造工艺复杂、成本高，服役环境恶劣属易废品。采用针对性特种工艺方法以及配套薄壁环形件辅助装置实现环形磨损修复是减少零件报废的有效途径。同时也是减少焊接缺陷、提高产品合格率、降低劳动者强度的有效措施。

技术实现要素：

本发明针对现有手工氩弧焊技术存在的不足之处，提供一种修复成本低，效率高，能够降低劳动强度，提高修理加工效率和控制精度，并能有效减小薄壁环形件修理报废率的方法及其薄壁环形件辅助装置。以解决现有技术氩弧焊热输入过高导致的变形、咬边以及塌陷缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是，一种薄壁环形件磨损外壁修复方法，其特征在于包括如下步骤：将待修复薄壁环形件装夹在三爪 卡盘2上，再将待修复薄壁环形件放置在薄壁环形件辅助装置的可调气氛保护罩7的圆弧开口筒孔中，然后把等离子喷嘴3通过平面保护罩5固定在薄壁环形件辅助装置圆弧开口上，采用送丝机构4通过平面保护罩5 对准待修复薄壁环形件表面；在焊接过程中，可调气氛保护罩7提供气氛保护，三爪 卡盘通过旋转机构1带动待修复薄壁环形件做匀速旋转运动，等离子喷嘴3沿待修复薄壁环形件的轴线方向做直线运动，伴随送丝机构4不断送入的焊丝在等离子喷嘴3喷射出的等离子弧的作用下形成熔池，待修复薄壁环形件被三爪 卡盘2夹紧后，在旋转机构1带动下做匀速旋转运动形成螺旋焊缝。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

修复成本低，效率高。本发明利用待修复薄壁环形件与送丝机构4的相对运动原理，通过调整等离子喷嘴与工件相对运动状态，完成不同程度磨损的薄壁环形件修复。通过等离子喷嘴3沿待修复薄壁环形件轴线方向运动，待修复薄壁环形件做匀速旋转运动形成螺旋焊缝，完成大面积磨损修复，利用等离子弧能量密度高、热输入低的优势，弥补氩弧焊热输入过高导致的变形、咬边以及塌陷缺陷。有效减小了薄壁环形件修理报废率。

降低手工操作的劳动强度，提高了修理加工效率和控制精度。本发明通过独立旋转机构带动工件匀速旋转，薄壁待修复薄壁环形件被三爪 卡盘2夹紧后在旋转机构1带动下做匀速旋转运动时即可形成环形焊缝，弥补了手工操作精度低的不足，大大降低操作者劳动强度和加工效率。试验数据表明，使用本发明修复的发动机磨损铰链焊接时间，可由手工氩弧焊所需的60～90min，缩短至3～5min，合格率由原来的60％提升至95％。

本发明通过将修复薄壁环形件放置在薄壁环形件辅助装置的可调气氛保护罩7的圆弧开口槽中，气氛保护装置7配合保护罩，通过调整保护面直径大小使之与被焊工件直径匹配，在焊接过程中提供气氛保护，防止焊缝出现氧化现象。通过可调气氛保护装置保证焊了接接头质量和稳定性，拓宽了可修理薄壁件种类，实际修复结果表明钛合金薄壁件焊后焊缝呈银白色无氧化现象。

附图说明

图1是本发明薄壁环形件焊接修复原理示意图。

图2是图1可调气氛保护罩7局部剖视构造示意图。

图中：1旋转机构，2三爪 卡盘，3等离子喷嘴，4送丝机构，5平面保护罩，6被焊工件，7可调气氛保护罩，8底座，9对称U形斜面体，10连接轴，11气室通道，12滤网， 13进气口，14调节螺母，15拉紧螺杆，16弹簧。

具体实施例方式

以双重铰链为实际修复对象为例，磨损部位壁厚为1.5mm，磨损形貌规则，范围小，因此修补仅需旋转机构1运动形成环形焊缝即可，具体修复流程及工装使用情况如下所述：

参阅图1。在以下描述的实施例中，根据本发明，可将待修复薄壁环形件铰链磨损端装夹在三爪 卡盘2上，再将修复薄壁环形件放置在薄壁环形件辅助装置的可调气氛保护罩7的圆弧开口槽中，然后把等离子喷嘴3通过平面保护罩5固定在薄壁环形件辅助装置圆弧开口上方；采用送丝机构4通过平面保护罩5对准待修复薄壁环形件表面；在焊接过程中，可调气氛保护罩7提供气氛保护，三爪 卡盘通过旋转机构1带动待修复薄壁环形件做匀速旋转运动，等离子喷嘴3沿待修复薄壁环形件的轴线方向做直线运动，伴随送丝机构4不断送入的焊丝在等离子喷嘴3喷射出的等离子弧的作用下形成熔池，待修复薄壁环形件在旋转机构1与等离子喷嘴3的运动叠加下最终形成螺旋环形焊缝，完成磨损修复。

在焊接过程中，调整等离子喷嘴3与工件相对运动状态，移动等离子喷嘴3距离磨损部位4～5mm，送丝机构4通过平面保护罩5对准待修复薄壁环形件表面距离工件3～5 mm。旋动气氛保护装置的两个对称U形斜面体9的圆弧开口度通过调节螺母14调整拉紧螺杆15压缩或释放弹簧16带动连接轴10旋转进行调节。圆弧开口距离待焊部件2～3mm。进气口13中通入20L/min氩气，通过平面保护罩5中通入16L/min氩气，运行旋转机构1 的旋转速度设为0.3转/分，启动等离子弧的电流大小为30A，待等离子弧引燃2s后送丝机构4开始送丝，送丝速度为25mm/min，修补结束后继续通气保护，60s后移除气氛保护装置，取下零件完成修复。

参阅图1、图2。薄壁环形件修复辅助装置包括等离子喷嘴3、送丝机构4、平面保护罩5和可调气氛保护罩7，其中：可调气氛保护罩7是由两个对称U形斜面体9通过连接轴10相连构成的，连接轴10位于两个对称U形斜面体9内侧斜面形成的倒V形开口槽的顶端，在V形开口槽顶端的内侧圆弧面上分布有连通气室通道11的气孔，两个内侧圆弧面形成了待修复薄壁环形件6被三爪 卡盘2夹紧后通过的圆弧开口筒孔，在两个对称U形斜面体9外侧平面上设有连通左右通气室通道11的进气管13。左右通气室通道11内装配有滤网12。在两个对称U形斜面体9倒V形底座通过套装有弹簧16的拉紧螺杆15连接，拉紧螺杆15上装配有调节弹簧16的调节螺母14。带有等离子喷嘴3和送丝机构4平面保护罩5固定在圆弧开口上。薄壁环形件辅助装置圆弧开口旋转机构1和薄壁环形件辅助装置位于底座8的同一平面上。