新型可调引射器焊接变形控制及利用方法

王玉武

（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）

新型可调引射器焊接变形控制及利用方法

王玉武

（中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015）

为了保证可调引射器运动机构的灵活性，根据其结构特点，采用胀胎结合胀块的定位方法减小筒体变形，合理布局连杆座和耳座位置以利用焊接残余变形，在胀块上安装与连杆座相应的垫块，减小由焊接连杆座引起的凹陷变形，保证了组合件的顺利安装；同时根据同步环摆动的特点，确定同步环灵活摆动的角向位置，有效地满足了可调引射器的机构运动要求。试验结果表明：可调引射器调节片工作时能够保证打开和关闭2个位置的稳固，未发生构件失效等问题，其可靠性初步满足装机要求。

可调引射器；焊接变形；变形控制；航空发动机

0 引言

为降低某型航空发动机排气温度，全新设计了可调引射器，其主要特点是钣金焊接采用机械运动结构，而普通引射器多为静止结构[1]。该引射器尺寸精度高、运动结构复杂，因此焊接引起的变形增加了其加工难度。通常采用余量法在重要表面留出足够的机械加工余量，减小焊接变形的影响，但对于可调引射器这种结构，该方法不能完全解决焊接变形对其运动性能的影响。

对于筒体类零件，通常采用大型专用夹具控制其焊接变形[2-3]，但该夹具结构复杂、生产周期长、成本高，不适用于单件生产。

本文针对可调引射器的结构特点，提出其焊接变形控制及合理利用焊接残余变形的方法，有效地保证了该部件的机构运动要求，对于同类型部件的加工有一定的参考价值。

1 可调引射器工作原理

可调引射器的结构如图1所示。其主体结构由内、外筒体通过8个连杆A连接在一起，作动筒由作动筒支架固定在外筒体安装边上。同步环安装在外筒体外侧，可沿周向往复摆动，由导向球限制同步环轴向运动；同步环带动调节环沿周向往复运动，调节环带动8组调节片做开合运动。

作动筒活塞往复运动，通过摆杆A、B拉动同步环转动，同步环通过拉杆带动摆杆C；摆杆C、D安装在同1根轴上，可联动；摆杆D摆动，拉动调节环沿轴向往复运动，最后通过拉杆拉动8组调节片做开合运动，起到调节气流速度进而调节排气温度的作用。

图1 可调引射器结构

2 可调引射器结构特点分析

（1）从图1中可见，可调引射器结构由连接内、外筒体的8个连杆A孔距尺寸精度较高，连接孔尺寸为C±0.11mm。

（2）内筒体（如图2所示）是钣金焊接组合件，筒壁薄，焊缝多，直径大；内筒体上有2条环焊缝，分别焊接8个拉杆座、8个定位座、8个加强环框，焊缝总长超过9m，铆接16个连接调节片的耳座。

图2 内筒体结构

（3）外筒体（如图3所示）也是钣金焊接组合件，有2条环焊缝，分别焊接8个连杆座、8个安装座和1个引流管组件，焊缝总长超过8m，8个耳座为难以采用组合加工的内侧结构。

（4）同步环是薄壁机械加工件,与焊接在外筒体上的36个定位条之间的设计间隙为0.5mm。从工作过程看，同步环、调节环及调节片的运动是滑动摩擦。

图3 外筒体结构

3 焊接工艺分析

根据上述结构特点分析，该可调引射器是钣金焊接结构，同时包含复杂的运动机构。钣金件的加工精度不可能像机械加工件的高，而且焊接又会引起筒体零件变形，要保证组合后实现所需的装配和运动要求难度很大。

组合件能够顺利安装需保证连接孔尺寸（C± 0.11mm），即保证内筒体8个拉杆座连接孔（图2）和的外筒体8个耳座连接孔（图3）的位置尺寸；可调引射器的运动机构基本上是滑动摩擦，运动摩擦阻力较大，特别是同步环与焊接在外筒体上的36件定位条的设计间隙为0.5mm，因此控制和合理利用焊接变形是关键。

4 焊接变形控制方法

低应力无变形焊接技术[4]可以有效减小焊接变形，但是受使用条件的限制，尚未得到广泛应用。焊后残余变形有多种形式[5-8]，但是都是由焊缝的横向和纵向收缩引起的。同样，内、外筒体上的环焊缝产生的变形也是横向和纵向收缩[5-6]，横向收缩引起轴向尺寸缩小，纵向收缩引起筒体发生椭圆变形[9]。环形焊缝还会引起筒体径向变形及法兰平面度的变化[10]。

横向收缩可以采用安装边预留余量的方法利用组合加工解决；纵向收缩引起的椭圆变形必须采取措施加以控制，否则会导致同步环运动不灵活，影响部件工作质量；焊接连杆座主要会引起筒体局部塌陷，严重影响部件装配。

为了保证内筒体8个拉杆座连接孔（图2）和外筒体8个耳座连接孔（图3）的位置尺寸，采用组合加工的方法在左端面留足够的加工余量，以保证轴向尺寸精度要求，但是对于径向尺寸，由于孔中心距筒壁较近，难于采用组合加工的方法加工；对于径向尺寸，采用机械加工方法不可能实现；在实际生产中，必须采取有效措施，控制筒体椭圆变形，辅助其他方法，才能保证8个拉杆座连接孔的位置尺寸。

对于环焊缝焊接变形的控制，在生产中采用胀胎结合胀块的方式（如图4所示），采用的半圆形胀胎具有结构简单、通用性强的特点，可以根据筒体直径来更换不同直径的胀块，适合单件生产；将零件从内部胀紧，如图5所示；增加零件的刚性，类似刚性固定法，可以有效减小筒体的椭圆变形。

图4 胀胎结构

图5 焊接变形控制

焊接连杆座及耳座等筒壁上的零件易引起筒壁凹陷，生产中焊接安装座类零件通常在安装座端面留足够的余量，采用焊后组合加工的方法解决由焊接变形带来的影响，但是在焊接此类零件时，由于连杆座和耳座焊后不易进行组合加工，所以在焊接此类零件时（如图6所示），在胀块上安装与连杆座相应的垫块，可以有效减小由焊接连杆座引起的凹陷变形。

图6 焊接安装座垫块

5 焊接变形的利用

由于采用上述方案不能完全消除焊接变形，因此有效利用焊接变形是研究重点。在环焊缝焊接完成后，测量筒体的椭圆变形，找出内、外筒体长轴及短轴的方向，如果按如图7（a）所示的位置摆放可见，在垂直和水平方向连杆座和耳座间的距离差很大，无法保证如图1所示的尺寸（C±0.11 mm）；按如图7（b）所示加工连杆座和，也就是连杆座和耳座的布局有利于利用焊接变形，虽然内、外筒体发生了变形，但是在连杆座和耳座的位置处内、外筒体间距没有变化，有利于保证连杆A的顺利安装，使椭圆变形的影响降到最小。

同步环是薄壁机械加工件，也会发生一定程度的变形，与焊接在外筒体上的36件定位条的设计间隙为0.5mm，如图8所示。实际上由内、外筒体焊接引起的变形在局部已经没有间隙，造成同步环旋转摆动阻力增大，由于同步环运动方式是摆动的特点，在实际安装时找出灵活摆动的角向方位，可以达到利用变形的目的，保证同步环摆动灵活。

图7 变形利用

图8 同步环安装结构

6 结束语

本文介绍的工艺方法具有工艺简单，成本低廉的特点，可以有效减小焊接变形，试验结果表明，可调引射器调节片工作时能够保证打开和关闭2个位置的稳固，不摆动；未发现构件失效等问题，其可靠性可初步满足装机要求。

由于焊接过程及焊接结构的复杂性，尚不能完全消除焊接变形的影响，因此进一步研究控制焊接变形的工艺措施和技术方案，同时掌握焊接变形的规律，合理利用焊接变形，具有重要的现实意义。

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Welding Deformation ControlMethod of Novel Adjustable Ejector

WANG Yu-wu
（AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China）

To ensure the flexibility of adjustable ejectors,the positioning method of expander and harmogegathy-block was adopted to induce cylinder deformation by its structure characteristics.The position of the link base and manifold lug were reasonably distributed to utilize welding residual deformation.And installing heel block corresponding to the link base on harmogegathy-block can reduce the sunken deformation caused by welding the link base and ensure that the components were installed successfully.According to the swinging feature of synchronous rings,the angular location of synchronous rings was determined,which effectively guarantees the motion requirement of adjustable ejectors.The experimental results show that the open-close position of the adjustable ejector is stable without failures,and the reliability meets operating requirements tentatively.

adjustable ejector;welding deformation;deformation control;aeroengine

2012-07-10

王玉武（1961），男，高级工程师，主要从事机械加工、钣金焊接工艺等研究工作。