一种薄壁焊接机匣制造技术

高献娟　黄青松　方连军　宋雨桐　李根深（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁　沈阳　110862）



一种薄壁焊接机匣制造技术

高献娟黄青松方连军宋雨桐李根深
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110862）

摘要：本文介绍了薄壁焊接机匣的加工过程，薄壁焊接机匣是大型薄壁钛合金钣金焊接组合件，它集合了成型、焊接、车加工、四坐标加工、五坐标加工、热处理、无损检测等工艺于一体。薄壁焊接机匣是发动机上的热端部件。本文分析了该零件的主要加工难点，阐述了针对难点采取的行之有效的技术措施，摸索零件的焊接及焊后热处理的变形规律，从而采取必要的工艺控制措施，达到零件设计质量要求。

关键词：焊接变形；工艺控制；技术措施

1 引言

某薄壁焊接机匣是航空发动机的重要部件，属于大型薄壁钛合金钣金成型焊接组合件，通过攻关试验，摸索零件合适的加工路线，合理的工装、合理的工艺参数、优良的加工程序，为类似件的加工提供可靠的参考依据，积累有效的加工经验。

2 难点分析

2.1 薄壁焊接机匣后安装边焊接边上分布有24个安装座，外形面复杂，通过车铣加工完成，安装边薄壁位置不等厚；安装边直径φ950H9（0＋ 0.26），最小壁厚1.5±0.1；大量的铣加工对于钣焊生产线来说是一次挑战。

2.2 薄壁焊接机匣，属于大型薄壁钛合金钣金焊接组合件，它集合了成型、焊接、车加工、四坐标加工、五坐标加工、热处理、无损检测等工艺于一体。本零件特点是大直径环形安装边筒体零件，焊缝集中、焊接量大，零件壁薄，钢性差；焊接变形可控性差求。零件的焊接变形控制及机加都是本零件的加工难点

3 技术措施

从以上的分析可以看出，本零件的特点为典型的安装边筒体零件，安装边的加工采用合理的车铣夹具，保证零件在工作状态下进行加工；薄壁焊接机匣的加工制造采用激光精确下料，热定型及车加工的加工工艺保证零件的圆度及直径尺寸，为组件的焊接奠定良好的基础。薄壁焊接机匣组件的加工工艺的加工路线以酸洗、焊接前后安装边、X光检测、车基准、热定型、激光加工型孔、预变形焊接安装座、X光检查、热定型、车加工前后安装边、铣加工安装座、镗前后安装边孔、攻螺纹、安装钢丝落镙套、标印、检验等主要加工工序。采取合理的工艺方法、工艺参数以及专用工装来控制及减小变形，从而保证零件的后续机械加工，使零件满足使用要求。

4 零件的加工过程简介

4.1 工艺

4.1.1 夹具的组合选用

经过充分理解设计图纸，鉴于本零件筒体结构，确定了一套单件筒体和组合件共用的热定型夹具，此夹具既考虑了单件的定型尺寸及余量的预留及组合后安装边焊接的高度尺寸的偏差，单组件共用一套热定型夹具精确的保证了设计图纸的型面尺寸要求。同时考虑了通用性，保证夹具的装配定位的位置完全与零件的工作状态一致。应用一套单组件共用的车加工和镗加工共用的工装，保证了零件的加工状态与工作状态一致，上下安装边在同一夹具上进行加工，保证零件的安装边的平行度为零。组合工装的大大降低了工装成本，并提高了零件的一致性。

4.1.2 零件焊接工艺分析

（1）控制焊接变形将是薄壁焊接机匣研制的关键中的关键。单件薄壁焊接机匣外壁焊接成型后，进行真空热定型工序，来保证零件圆度，进行车前、后端面工序，从而保证后机匣焊接前、后安装边时，对接间隙均匀，减少焊接变形；

（2）组合焊接夹具设计成胀紧形式，将外壁与前、后安装边对接处胀紧，以消除后机匣外壁圆度差给焊接带来的不利影响；

（3）派制热定型夹具，控制焊接后的变形，确保零件内轮廓度。

（4）在焊接安装座采用预变形夹具焊接安装座。

焊接中，焊件受到电弧不均匀的加热，受热区的金属热膨胀程度就不同，此时由金属热引起的内应力及变形是暂时的；当焊接完成，焊件冷却后，剩余的内应力造成焊件最终的焊接变形。焊接变形主要分为整体和局部变形两大类。薄壁焊接机匣的焊接变形属于后者，是不均匀变形，由于焊缝纵向的收缩，导致整个焊接变形表现为组件总长收缩、安装边端面不平及安装座焊接处凹陷。

为了减小焊接变形，从工艺角度可以从以下几个方面考虑。选择合理的装焊程序；（1）选择合理的焊接顺序（尽可能考虑焊缝能自由收缩，大构件应从中间向四周进行；先焊接收缩量大的焊缝；采取对称焊接；采用不同的焊接顺序）；（2）预变形法（反变形法）；（3）预热和焊接缓冷；（4）增加焊接部位散热速度；（5）通过配以夹具强制控制焊接变形等。

4.2 加工过程

薄壁焊接机匣的主要加工工艺为集件后进行酸洗，保证零件的焊前零件表面质量，在胀紧的夹具上自动焊接前后安装边，保证零件的前后安装边的圆度和同轴度，焊接后进行X光检测保证零件的焊接质量，合格后进行粗加工大端安装边基准，保证零件在热定型的过程中零件基准面的平面度，提高零件的热定型的型面质量，热定型后进行激光加工各安装座的底孔，保证各底孔的位置度，修整后预变形焊接各安装座，焊后X光检测，合格后再进行热定型消除安装座的焊接变形后进行车前后安装边，在不拆卸夹具的情况下用五坐标加工中心镗安装座的端面及孔，镗小安装边上的孔，在同一工作位置进行加工保证了零件的安装座及孔的相对位置，翻转后进行大端安装边上孔的加工完成后进行攻螺纹、安装钢丝螺套等工序，最终检验完成本零件的加工。

5 结果讨论与问题分析

采用以上工艺路线和组合焊接夹具及安装座预变形焊接夹具，能够生产出完全满足装配要求的零件，此工艺路线正确、合理，工装夹具结构合理、通用性好。我们采用胀紧式组合焊接夹具及安装座预变形焊接夹具，真空热定型等手段有效地控制了焊接变形，满足了后续机加工序的需要，为此件的首件交付扫清了最大的技术障碍，从而保证了该新机的整体研制进度。

参考文献

[1]颜明皋.中国航空材料手册[M].北京：国标准出版社，1989.

[2]焊接手册（第2卷）.材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，2014.

[3]顾曾迪，等.焊接冶金原理[M].北京：清华大学出版社，1991.

中图分类号：TG43

文献标识码：A