航空发动机后壳体组件焊缝去除工艺创新技术研究

陆 鹏 袁 悦 陈中启 李思汗

（江苏航空职业技术学院，镇江 212134）

飞机是当代社会大众重要的出行方式。航空发动机结构较为复杂，主要由钣金件组成。随着航空发动机研究和制造技术水平的不断提高，航空发动机内所运用的零件数量不断减少，使得航空发动机的结构逐步朝着简单化和轻量化的方向发展。随着结构的简单化，钣金结构的处理效率大大提升，是航空发动机最主要的构成部分。因此，在飞机发动机研究中需要提升钣金结构的处理技术，尤其是发动机内钣金件和钣焊组合件之间的处理。航空发动机的钣金件在加工的过程中具有加工过程变形、加工数量大以及加工工艺多等问题，直接影响零件的装配和后期发动机的质量，需要重点保障加工技术水平。

1 航空发动机后壳体组件结构特征和加工难点

航空发动机的后壳体内的各类组件主要是由钣金件后壳体和机加件蜂窝座焊接而成。内套组合件的各类架构组成了飞机燃烧室的内流道。钣金件与各类机组架构结合在一起进行焊接。零件止口的装配间隙进行焊接变形，技术处理过程中很容易发生零件焊缝去除困难的问题。技术人员在零件打磨和间隙很容易出现组建焊接变形的问题，会增大后期焊缝去除的难度。后壳体焊缝处理时很容易出现壁厚问题，增加了技术人员电子束焊后的焊缝去除量，导致技术处理效率低和焊缝去除质量差的问题，最终影响航空发动机的质量和飞机的飞行安全[1]。

航空发动机的后壳体零件机构较为复杂，主要构成材料是GH141。后壳体组件主要被放置在发动机燃烧室的机匣内。航空发动机的另一个关键组件为蜂窝座，主要构成材料为GH907。两类构成材料共同焊接，组成了发动机的后壳体。焊接处理所运用的工艺路线主要包括试装配、电子束焊、去除焊缝以及钻绞孔等。这些技术处理环节使得后壳体各类组件与蜂窝座焊接构成一体，共同影响着航空发动机的运行安全和质量。

航空发动机后壳体技术加工处理的过程中主要面临两个加工问题。一是后壳体组件的零件在焊接前需要装间隙，导致电子束焊操作工艺很难顺利完成。二是电子束焊加工后后壳体组件零件会发生形变，形状变大将大大增大后期的加工处理问题的发生概率。后壳体焊接加工主要使用涨心式夹具的方式对后壳体内钣金结构进行涨圆处理，以此消除形变的问题，使得后壳体组件的加工配件要求达到既定的生产标准。对于电子束焊后后壳体零件形变导致焊缝去除难度增大和去除焊缝效率低下的问题，技术人员要重点追踪和处理，有效解决航空发动机的焊缝去除问题。

发动机后壳体组件经过电子束焊后会因为涨心作用的影响，在后期加工处理过程中发生回弹效应。如果不能及时处理后壳体组件零件形变的问题，焊缝去除工艺止口将会出现圆度差和跳动大的问题。技术人员往往使用钳工打磨的方式去除焊缝，但焊缝的处理效率不高，打磨和处理一个焊缝零件的时间需要4h。这不仅花费的时间长，而且会影响后壳体组建的基体，容易导致发动机后壳体壁厚尺寸不符合标准。航空发动机如果没有对这部分零件进行有效监督，最终会因为这部分零件报废概率高而影响航空发动机的安全运行。不仅如此，航空发动机后壳体组件在去除焊缝的过程中如果没有有效打磨或者是打磨的效果差、效率低，会降低最终检验航空发动质量环节焊缝X 光的合格率，影响飞机的整个生产进度和质量水平。

2 航空发动机后壳体组件焊缝去除工艺优化技术

想要保障航空发动机后壳体组件焊缝去除的工艺水平和工艺效率，需要处理后壳体组件零件形变和圆度差的问题，避免使用钳工打磨方式去除大量焊缝而影响后壳体组件的质量，不断优化发动机后壳体组建焊缝去除的方案[2]。

优化航空发动机后壳体组建焊缝去除工艺时，可以使用软爪装夹车焊缝的去除方案。对后壳体的组件进行车焊缝试验，运用软爪装夹零件进行车焊缝，发现零件的变形情况比较严重，焊缝处的圆跳动普遍超过0.5mm。车加工后可以保障在高点与零件主体处于相平的水平，防止对后壳体架构造成影响。车焊缝的处理效果不佳，需要后续进行打磨。打磨去除焊缝的过程中仍会出现上文叙述的问题，是一个需要斟酌使用的后壳体焊缝去除方案。

车焊缝方案在去除焊缝时需要注意减小零件焊后的回弹量，此时可以使用专用工装车进行焊缝去除和处理。控制回弹量时，技术人员要最大限度地控制钣金架构的形变。钣金结构的变形是一件不可逆的事情，技术人员可以在后期从工装的角度进行处理。使用软爪装夹零件进行车焊缝处理时，要从大端定位圆进行处理，不能使后壳体中的小零件处于悬空的状态，以免造成焊接后的形变问题。后期车焊缝会因为加工中跳动量变大而影响焊缝的去除效果。对于这一问题，技术人员需要从工装角度进行改进和处理。工装组合主要是由底座、压环以及定位组成。在组合中，底座运用螺钉和定位环来实现固定作用。定位环在后壳体定位中主要发挥定位的作用。小端内孔在钣金结构中实现对后壳体的定位，大端内型面可以与蜂窝座外型构成定位面。焊缝处理过程中通过压环进行压紧的处理，实现零件大端型面与定位环之间的紧密相连。这一结构特点能够控制零件小端的圆度，使整个加工过程在定位环和压环的共同协作和处理的过程中实现蜂窝座止口端的撑圆操作，有效控制后壳体零件焊缝圆度。

技术人员可以使用批次性差异法对比和验证后壳体组件焊缝去除的效果，控制后壳体组件机床主轴转速的条件不变。对不同的组件进行分组，分别采用软爪装夹和专用夹具装夹的方法进行后壳体焊缝处理。根据后壳体不同的使用环境，专用夹具装夹可以有效保障后壳体组件的质量。对于航空发动机的后壳体焊缝修复，操作系统采用数控机械处理的方式，如图1 所示。

图1 数控机械处理

这一系统在操作运行时将后壳体内的焊缝进行双机双工位和工件正反面的操作加工。焊缝卡箍在凸面，每台焊机有两个焊接的加工工位，分成6 个机位进行安装。此外，运用人工方式进行操作。焊枪随着平台的摆动控制卡箍的自由度、焊枪和送丝的角度，达到工位1 和工位2 后确认焊接位置。焊枪起弧的同时按照工作台的位置进行旋转360°和一个焊接循环，以一次确保焊缝的修补效果。专用的数控平台建立并确认焊接口，从而达成最佳的焊缝衔接质量。

3 结语

飞机发动机的质量与飞机的飞行安全有紧密关系。有效控制航空发动机后壳体的焊缝去除工艺，能够优化发动机的制造质量，提升航空发动机的运行效率和运行安全性，保障飞机的飞行安全。飞机发动机后壳体组件中钣金结构和钣焊组合去缝难度较大、效率低。本文分析了焊缝去除中容易出现的问题，探讨了如何优化焊缝去除技术来提高后壳体组件的水平以及质量，希望能够促进技术水平的进步，为我国的飞机制造、飞行安全保障事业的发展和进步奠定基础。