航空用高温合金封严环焊接件工艺研究

王　莲（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

航空用高温合金封严环焊接件工艺研究

王莲
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

摘要：封严环焊接零件结构复杂，尺寸精度及技术条件要求较高，加工精度很难保证。结合高温合金材料特性，经过分析研究，合理的安排工艺路线及特种工艺等。在机械加工方面，适当的选择刀具材料及刀具结构，制定合理的走刀路线，以降低零件在机械加工过程中的残余应力，提高零件的加工精度。

关键词：高温合金；薄壁零件；加工工艺

1　航空用高温合金零件加工技术发展概况

目前，难加工材料的加工已引起了国内外专家们的普遍关注，各个国家制造行业都在开发新型的刀具材料，改进加工设备，以此来提高难加工材料的加工精度。从上个世纪60年代开始，日本、美国、德国等国家先后建立起切削加工研究中心及服务中心，针对难加工材料的加工参数、切削用量等进行了大量的试验。经过几十年刻苦努力，现已能提供出成熟的切削数据。

表1　GH4169化学成分（wt%）

2　零件的工艺性分析及工艺方案的确定

2.1材料特性

该类零件的材料为镍基高温合金GH4169，在高温条件下有非常高的强度、抗腐蚀能力、优良的热疲劳性能、热稳定性能，在高温下能长期有效的工作。因此被广泛的应用与于航空、航天及宇航工业。除此之外，导热率和延展率也相对较大，其化学成分及600℃下的物理力学性能见表1、表2。

高温合金在加工过程中存在以下的特点

（1）塑性变形大：零件材料中存在大量的奥氏体组织使零件的塑性变形较大；

（2）切削力大：在较高的温度下，材料仍具有较高的机械性能，使得零件在加工过程中所受的切削力较大；

（3）加工过程中加工硬化现象严重：高温合金塑性变形较大，这使零件已加工表面的加工硬化现象较为严重。受切削温度的影响，材料中的强化相从固溶体中分解出来，呈弥散相分布，从而增大了硬化现象；

（4）切削温度高，刀具磨损严重：在切削加工高温合金零件的过程中，产生较大的塑性变形，会使刀具与零件之间的摩擦增大，切削力也随之增大，由此产生较大的切削热。

2.2结构特点及工艺方案

航空用封严环类零件均为薄壁零件，是通过钎焊这种特殊工艺将镍基高温合金与蜂窝焊接在一起，钎焊温度为1040℃，钎焊后零件变形量较大，零件尺寸及技术条件难以保证。零件尺寸及技术条件较多，精度要求较高，尺寸公差≯0.015，粗糙度一般在Ra0.4-0.8之间，圆柱度、跳动、孔位置度等技术条件均在0.03以内，不易保证。

为减少薄壁零件在加工过程中的变形，在粗加工后安排消除应力热处理工序，以降低零件在加工过程中的变形。由于钎焊工序的温度较高，零件在焊接蜂窝之前直径及端面加工余量要相对较大，以增加钎焊工序零件的刚性。钎焊工序结束后要安排时效处理工序，以达到高温合金的材料强度。在结合零件的实际结构及材料特性，制定出封严环零件的加工路线为：

毛料—粗车左右两端—超声波检查—细车左右两端—消除应力热处理—修复基准—半精车左右两端——消除应力热处理—精车内孔—钎焊—钎焊后检查—时效—修复基准—磨加工—精车加工—铣加工—电解磨蜂窝—电成型加工—荧光检查—中间检验—动平衡—平衡去重—最终检验。

表2　GH4169的物理力学性能

3　特种工艺加工

3.1电解磨加工

该零件内孔通过真空钎焊，将高温合金基体与蜂窝结构焊接在一起，这种结构需要通过电解磨这种特殊工艺，将内孔加工至设计要求尺寸。电解磨是一种电腐蚀的加工方法，通过圆柱形紫铜电极在电解液中的瞬间放电，来加工蜂窝结构，其优点是加工过程中加工应力较低，对薄壁零件的变形影响较小，可以提高零件的加工质量及加工精度。

3.2电成型加工

电成型加工与电解磨加工原理相同，主要的区别在于电成型加工是采用成型电极，加工零件基体表面。相对于一般的数控铣削加工而言，电成型加工的主要优点是加工应力小、加工精度较高，缺点就是零件表面的粗糙度相对较差。

参考文献

[1]王志厚．薄壁零件加工中防止变形的措施[J]．宝成技术，1991（02）：20．

[2]张延成．航空薄壁结构件加工变形数值仿真研究[J]．东北大学，2008（02）：11-12．

[3]孔金星．低刚度薄壁零件的精密加工[J]．工具技术， 2003，37（12）：29．

中图分类号：TG506

文献标识码：A