[發明專利]一種轉子類零件的電子束焊接變形精密控制方法

有效

• 申請號: 201911161990.6
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110977131B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 葛沁;李英;邵天巍;曲伸;宋文清
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種轉子類零件的電子束焊接變形精密控制方法，屬于轉子類零件電子束焊接技術領域，包括以下步驟：步驟1：電子束焊接結構設計；步驟2：電子束焊接參數的確定；步驟3：電子束焊接工裝設計；步驟4：零件焊前材料狀態調整；步驟5：零件焊接收縮量的確定；步驟6：轉子類零件的電子束焊接。本技術針對轉子類零件的結構特點，從提高零件剛性、剛性固定、減少殘余應力、提高殘余應力分布的均勻性等方面著手，采取相應的工藝措施，實現電子束焊接焊接變形精密控制，相對現有工藝，采用本技術的零件連接質量高、成本低、工藝適應性廣、變形控制效果好。

技術領域

本發明屬于轉子類零件電子束焊接技術領域，具體涉及一種轉子類零件的電子束焊接變形精密控制方法。

背景技術

隨著經濟的發展，對航空發動機和燃機需求越來越多，而轉子類零件制造成本極高，是航空發動機、燃機等動力透平機械的核心部件，實現這類零件的高質量精密焊接是其關鍵制造技術。

目前航空發動機轉子類零件的連接工藝有螺栓連接、慣性摩擦焊連接和真空電子束焊連接。其中螺栓連接工藝強度相對較低，會導致發動機增重；慣性摩擦焊工藝設備成本高，工裝復雜，對零件的適應性差；而常規的電子束焊接工藝難以滿足新型航空發動機轉子類零件對尺寸精度控制要求，導致零件設計制造符合性差。

轉子類零件加工精度高，采用電子束焊連接各級轉子是一種理想的工藝，受零件結構和加工手段限制，輻板、葉片等關鍵部位無法采用預留余量的方法保證尺寸，而焊接存在的固有變形，往往會導致零件出現尺寸超差的現象。

發明內容

作為航空發動機核心部件的轉子類零件，對尺寸精度的要求極高，特別是輻板和葉片緣板等位置，已無加工余量或加工余量極小，本技術通過調整零件焊前熱處理狀態、設計合理的焊接變形控制工裝、優化焊接結構和電子束焊工藝、預留焊接收縮量等方法，可以實現零件焊接后輻板的端跳、徑跳和輻板軸向位移，葉片緣板端跳和軸向位移等尺寸的精密控制。

一種轉子類零件的電子束焊接變形精密控制方法，針對轉子類零件的結構和電子束焊接工藝特點，分析焊接變形產生的原因，從以下幾個方面采取措施，控制焊接變形：1)在保證焊縫性能的前提下，將轉子類零件焊前狀態由固溶態調整為時效態，強化材料，提高轉子類零件的剛性，降低焊接變形量；2)針對轉子類零件輻板的薄壁懸臂結構，焊后軸向位移大的特點，設計帶定位、剛性限位和輻板壓緊等功能的工裝，降低輻板軸向位移；3)設計帶鎖底結構的焊接止口，保證各級轉子的裝配定位精度，并通過止口限制焊縫位置的徑向收縮，控制焊接變形；4)通過大量焊接工藝優化試驗，確定了高加速電壓和高焊接速度的焊接參數，能夠實現寬度較窄、上下等寬的焊縫焊接，保證焊接收縮均勻、殘余應力低和焊縫質量穩定，并根據試驗驗證的焊接收縮量，確定零件預留收縮量；5)結合轉子類零件結構特點，制定了八點均勻自動定位焊，短收弧、搭接和起弧的焊接軌跡，對稱電子束焊接的工藝方案，最大程度降低熱輸入，均勻應力，從而實現最小的零件焊接變形；包括以下步驟：

步驟1：電子束焊接結構設計

轉子類零件焊縫為封閉環形焊縫，焊接收縮變形有軸向和徑向的收縮，設計鎖底結構，可以對焊接的徑向收縮起到支撐作用，減少變形，并消除焊縫背面的飛濺；

步驟2：電子束焊接參數的確定

導致轉子類零件焊接變形的應力，一方面來自于金屬熔合、凝固產生的收縮應力，焊縫寬度越寬，收縮應力越大，另一方面來自于焊縫上下熔化金屬量的差異導致的角向應力，焊縫上下寬度差異越大，應力越大；為降低焊接應力，需要實現寬度窄，上下等寬的焊縫焊接；

根據零件的焊接厚度，結合電子束焊接工藝特性，采用高加速電壓、較近的槍距、表面焦點偏下的聚焦電流、高焊接速度、較小的電子束掃描幅值進行電子束焊工藝試驗，經過焊縫的金相尺寸分析對比，表面成形和內部質量檢查，確定了電子束焊接工藝參數；

步驟3：電子束焊接工裝設計