航空发动机盘心封严座焊接工艺优化

发布时间：2020-11-14 20:38

　　 封严装置是航空发动机上的重要组成部分,随着对发动机内流损失研究的不断深入,封严部件的密封性能及装配精度越来越受到重视。本文以航空发动机封严座组件为研究对象,对其焊接工艺进行深入优化,并进行生产验证,以达到提高密封性能、减少焊接变形的目的。其中包含对封严座组件的焊接参数、焊接方式、焊接形式、焊后矫正等关键工艺环节进行了优化改进。首先,以航空发动机封严座组件为对象研究,对其进行了结构分解,分析了各部件的结构形式,阐述了加工难点,从而制定出相应的工艺改进措施。其次,对封严座异种材料0Cr18Ni9和TC4的插入式接头结构的钎焊工艺进行优化提升,改善了封严座的密封性能。试验结果表明,在氩气保护的环境下,采用银基BAg72CuNiLi以薄片状缠绕漏油管的形式,并将钎焊间隙控制在0.1mm时,封严座与漏油管能得到密封性能良好的钎焊接头。再次,对封严座内外壁四条对接环缝,利用电子束焊替代原有氩弧焊工艺方法,并对安装边增加锁底结构。与氩弧焊数据进行对比,封严座内外壁同轴度修正量达到0.4mm,圆柱度修正量0.3mm,高度修正量0.2mm。试验结果证明,电子束焊对封严座类钛合金薄壁环形件,在焊接变形控制上比氩弧焊更具优势。通过观察TC4合金电子束焊和氩弧焊焊缝的金相组织,发现焊接热输入较小和平行焊缝是电子束焊焊缝宏观焊接变形小于氩弧焊焊缝焊接变形的主要原因。最后,从焊后变形矫正入手,以影响封严座功能特性的数据指标为设计原则,设计热定型工装对封严座各部分进行变形矫正。结果表明,热定型工装对封严座尺寸修正具有一定效果,同轴度及圆柱度修正量达到0.12mm~0.17mm,但对零件高度无明显作用。已将研究成果应用于封严座的现场生产指导,封严座的密封性能及装配精度均有明显的提高。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章 绪 论背景及封严座研究的目的和意义国国防科技力量的不断增强，我国国际地位不断提升。航空工业可没，同时对航空发动机的性能要求也日益提高，对于发动机上能要求和工作条件也变得更加苛刻。特别是随着对航空发动机内断深入，对封严部件的技术研究也越来越重视。所谓封严，是对动部件间的泄漏进行控制。密封性能，是封严装置的一项重要上使用封严的地方很多，如主流道密封、空气系统二次流密封、附件传动机匣中传动附件输出轴密封等，如图 1-1 所示。

严座钎焊密封性能及控制焊接变形两方面开展系统地研究，最终制定一套封加工组合件的焊接工艺原则。该焊接工艺原则能够对解决现场实际工程制造，以及工程中焊接变形控制科学应用带来一定指导作用。2 国内外研究现状及分析2.1 焊接变形理论研究在航空发动机各个零部件制造过程中，焊接是普遍应用于材料连接的一种工艺，且存在着较大的工作量，从本质来看，主要通过局部加热或加压，让位置金属熔化或处于塑性状态，确保金属间原子彼此渗合且逼近金属晶格距借助原子间结合力将分离金属构件再次相连。焊接最明显特征之一是通过高中瞬时热输入，加热、冷却过程不均匀，明显偏离平衡态，所以会产生复杂温度场与应力应变场。虽然焊接质量控制技术和焊接检验方法逐步完善，但目前为止还没有任何一种焊接方法能够做到百分之百地避免焊接变形。焊后会带有永久性非协调应变，形成明显残余应力与变形。结合实际情况来看，包括横/纵向、弯曲、波浪等焊接变形，详情参见图 1-2[3]。

焊后往往必须实施热处理，但焊接效率受到影响，成本随之提高。真空电子束焊接具备诸多优点，例如焊缝深宽比大、厚件焊接效率高、接头性能佳等，比较适合焊接钛与其合金。但旷小聪[24,25]等人的研究表明，通过高能量电子束来处理，焊接接头常常存在极大残余应力，随着材料厚度增加，变形也越来越明显。高福洋[26]等人研究认为，虽然小尺寸钛合金零件选择真空电子束焊接存在诸多优点，但大尺寸零件或大批量制造方面并不适合。此外，不断完善的激光焊接技术效率、质量更加出色，通过反射镜或棱镜能够轻松调整激光光路，保证工件各处都能得到有效焊接。1.2.3 钛合金与不锈钢异种材料焊接方法研究现状目前，对于钛合金与不锈钢异种材料焊接研究，主要有熔化焊、压力焊和钎焊三种方法。王廷、张莹瑛[27,28]等人的研究表明，通过熔化焊法焊接钛钢，钛与钢均会熔化，液态钛与钢可以充分混合在一起。因为 Ti、Fe 间溶解度很低，二者能够生成脆性化合物，导致熔化焊接头、接头与断口形貌不够稳定，详情参见图 1-3。为通过熔化焊法保证钛/钢正常连接，现阶段一般选择加入填充层方法来处理，效果相对理想。
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本文编号：2883928