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                      薄壁不銹鋼擴壓器組件真空釬焊技術研究及應用
                      2022-10-18  閱讀

                      來源:《航空動力》  作者:王斌、尚延濤等

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                        【康沃真空網】隨著航空發動機技術更新換代,擴壓器組件結構越來越復雜且加工難度越來越大,加工質量要求也越來越高。擴壓器組件由擴壓器和擴壓器蓋組成,擴壓器的軸向葉片需穿過擴壓器蓋上的葉型孔進行真空釬焊連接。擴壓器和擴壓器蓋均為薄壁件,基體材料為馬氏體不銹鋼,真空釬焊過程中極易產生較大變形。擴壓器組件釬縫為“榫槽+角接”的T形接頭,既要保證角接釬縫焊合率及榫槽釬縫密封性,又要保證焊后流道內釬縫圓角(R)在(0.45±0.25)mm范圍,真空釬焊焊接結構復雜,難度極大。對此,創新團隊在真空釬焊過程中通過調整工藝、控制釬料加料量、優化工藝路線、改進釬焊夾具等方式,保證了零件的真空釬焊質量,并通過以上過程的系統集成實現了穩定可靠的生產。

                        一、薄壁不銹鋼擴壓器組件真空釬焊技術難點

                        釬縫局部滲漏

                        擴壓器組件的數十條釬縫需1次同時釬焊成功,若存在1條釬縫滲漏,則需要整體進爐補焊。在實際生產中,真空釬焊后易出現部分釬縫煤油滲漏檢查不合格,需要補焊,且存在多次補焊不合格現象。

                        釬縫圓角偏大

                        設計圖樣中對真空釬焊后釬縫圓角的尺寸要求比較嚴格,最大僅為0.7mm,真空釬焊后釬縫圓角偏大,達到1mm以上。

                        釬焊后零件平行度超差

                        設計圖要求零件最終流道處相對于A基準的平行度為0.05,須在真空釬焊工序中得到控制,而真空釬焊后平行度達0.9以上,遠超過此設計要求。

                        二、技術改進總體思路

                        待焊處表面改性研究

                        擴壓器蓋的葉型孔采用激光切割加工,在葉型孔表面有激光加工產生的再鑄層以及表面氧化現象,會影響釬料的潤濕。因此,需使用打磨機打磨清理掉表面的再鑄層及氧化皮,但打磨機打磨去除量較大會造成局部釬焊間隙偏大,導致真空釬焊后滲漏檢查不合格。而將砂紙剪成條狀,穿入葉型孔中打磨,其去除余量較小,對釬縫間隙影響較小。因此,改用砂紙對葉型孔進行打磨清理。

                        加料量控制研究

                        由于設計圖樣對真空釬焊后的釬縫圓角要求比較高,需對釬縫處進行加料量控制。常用的兩種粘帶釬料的厚度分別為0.15mm和0.25mm。為了控制加料量,在葉片端面(流道內)選用厚度為0.15mm的粘帶釬料,而在葉片伸出葉型孔部位的釬縫處(外表面)選用厚度為0.25mm的粘帶釬料并補充一定的膏狀釬料,以保證釬焊后形成滿足設計要求的釬縫圓角。

                        預釬焊工藝研究

                        在擴壓器組件真空釬焊前增加單件預釬焊工藝,并使預釬焊溫度和真空釬焊熱循環溫度相當,均設置為1030~1060℃。增加單件預釬焊,理論上有利于在高溫下充分釋放零件應力,減小零件后續真空釬焊時的變形。

                        總工藝流程為單件粗加工、穩定處理、單件預釬焊、單件精加工、組件真空釬焊、組件精加工。

                        改進釬焊夾具

                        由于擴壓器組件在真空釬焊加工過程中會產生變形的情況,其中最大安裝邊處變形超過1mm,而所留的加工余量僅為0.5mm,因此需對夾具進行改進以限制安裝邊的變形。采取夾具一部分與零件貼合,另一部分與零件留有一定間隙的方式,當零件變形較大時,夾具留有間隙部位可限制零件向夾具方向變形。

                        三、實施情況

                        待釬焊面改性,實現滲漏檢查合格率提升

                        將砂紙剪成特定尺寸(寬為8~20mm)的條狀并沿著寬度方向對折,穿入葉型孔,對待釬焊面進行砂紙打磨處理,有利于釬料潤濕、鋪展及填隙。采用砂紙打磨清理,可去除表面的再鑄層及氧化皮,將再鑄層去除而不會對釬縫間隙產生明顯影響。同時,葉型孔部位釬焊面粗糙度發生改變,真空釬焊時釬料的潤濕、鋪展、填隙性能增強。真空釬焊后進行煤油滲漏檢查,煤油滲漏檢查合格率明顯提升,一次釬焊煤油滲漏檢查合格率達85%以上。

                        建立釬料加料量新規范,實現加料量精確控制

                        在葉片端面及葉片伸出葉型孔部位對粘帶釬料及膏狀釬料加料量進行研究,以保證釬縫的焊合率、密封性和釬縫圓角。先在葉片端面貼一層厚度為0.15mm的粘帶釬料,釬料由葉片端面向葉身延伸約1mm。將兩個單件組合后,沿著伸出葉型孔葉片的葉片型面,寬出葉型面約4mm剪取厚度為0.25mm的粘帶釬料,并粘貼在待焊處,再在粘帶釬料上填加直徑約為0.8mm粗的膏狀釬料。

                        增加單件預釬焊工藝,降低加工應力,減小釬焊件變形

                        對擴壓器和擴壓器蓋均增加預釬焊工藝。兩個單件所有表面留1.5mm的加工余量,在擴壓器組件真空釬焊前進行單件預釬焊工藝。預釬焊工藝采用和真空釬焊熱循環一致的熱循環工藝參數。在1030~1060℃的高溫下,機加應力充分釋放。預釬焊后,再加工去除1mm的余量。生產實踐表明單件增加預釬焊可有效降低擴壓器組件真空釬焊的變形。

                        增加釬焊夾具預先防范功能,減小釬焊件變形

                        將夾具改進前后進行對比,如圖1和圖2所示,改進前零件的懸臂部分因零件剛性較差釬焊過程中極易產生較大變形;改進后夾具一部分與零件貼合,另一部分與零件之間留有0.1mm的間隙,可控制夾具內圓處始終與零件接觸,當零件變形較大時,夾具外圓可限制零件向夾具方向變形。經生產驗證,改進后的夾具可有效保證零件安裝邊最終的變形量控制在0.25mm以內,其加工余量為1mm,有效降低擴壓器組件真空釬焊變形。

                      薄壁不銹鋼擴壓器組件真空釬焊技術研究及應用

                      圖1   夾具改進前零件裝夾示意

                      薄壁不銹鋼擴壓器組件真空釬焊技術研究及應用

                      圖2   夾具改進后零件裝夾示意

                        結束語

                        采用新工藝進行擴壓器組件試制生產,零件釬縫外觀和通道高度滿足設計圖樣要求。此外,按相關標準對零件進行檢查,其中煤油滲漏檢查無滲漏,釬縫圓角控制在0.25~0.65mm,滿足設計要求。零件真空釬焊變形控制在平行度0.2的范圍內,零件合格交檢,合格率達100%。零件一次性釬焊合格率由32.3%提升至87.5%;廢品率由11.8%降為0;加工周期縮短40.8%以上。相關技術方案可在行業內推廣應用。

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