[發明專利]一種大尺寸航空發動機尾椎組件的真空電子束焊接方法

有效

• 申請號: 202011293811.7
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112475581B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 趙健;石磊;陸煜;王英;柏關順;崔烺;陳東亮
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00;B23K15/06
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;莫夢婷

本發明公開了一種大尺寸航空發動機尾椎組件的真空電子束焊接方法，其特征在于包括以下步驟：(1)焊接接頭設計：焊接接頭采用對接接頭形式，母材分別為高溫合金GH738與GH536；(2)清洗焊接件；(3)裝配；(4)對步驟(3)裝配好的焊接件進行真空電子束穿透焊接，形成環形焊縫；(5)對步驟(4)穿透焊接后的環形焊縫進行電子束修飾焊接；(6)對步驟(5)修飾焊接后的工件進行后熱處理，得到所需的大尺寸航空發動機尾椎組件。與現有技術相比，本發明地真空電子束焊接方法能夠滿足結構件焊縫質量的穩定性要求。

技術領域

本發明涉及航空發動機零部件制造技術領域，具體指一種大尺寸航空發動機尾椎組件的真空電子束焊接方法。

背景技術

尾椎組件作為航空發動機的重要組成部分之一，用于提高推進效率，對零件加工精度有很高的的要求。由于工作條件需要，設計中采用高溫合金GH738與GH536焊接而成。在航空發動機發展初期，這類大尺寸薄壁接頭通常采用的焊接工藝為氬弧焊和釬焊，釬焊縫強度要遠低于母材強度，會直接影響尾椎組件性能穩定性；采用傳統的氬弧焊方法進行焊接，由于焊接熱輸入大，導致焊接變形較大，焊后同軸度過大，遠遠超出設計要求，從而無法滿足發動機制造需求。

真空電子束焊接技術具有能量密度高、焊接速度快、變形小、焊縫熱影響區較窄、工藝穩定等特點，逐漸應用于航空發動機零件的焊接。如專利申請號為CN200410050644.8(公布號為CN1762636A)的發明專利《一種薄壁鈦合金組件的真空電子束焊接方法》公開了一種薄壁鈦合金組件的真空電子束焊接方法，適用于壁厚為1.5～3.4mm的TC11材料組件，其特征在于真空電子束焊的工藝參數為：定位焊：均勻定位，加速電壓150kV，工件距槍口距離200～1200mm，焊接速度8.3mm/s，焊接束流2.5mA，封口焊：加速電壓150kv，工件距槍口距離200～1200mm，擺動波形三角波，擺動頻率20Hz，擺動幅值1.2mm，焊接速度8.3mm/s，焊接束流1.5mA，正式焊：加速電壓150kV，工件距槍口距離200·1200mm，擺動波形三角波，擺動頻率20Hz，擺動幅值1.2mm，焊接速度8.3mm/s，焊接束流4.4mA，該方法優化了焊接參數，實現了小飛濺的穿透焊，并采用了電子束焊校形工藝，很好地控制了焊后幾何尺寸。

然而，已有的真空電子束焊接工藝方法所使用的零件主要為航空發動機機閘、靜子組件，而這些零部件與尾椎組件相比，機閘與靜子組件尺寸較小，裝配工藝簡單，而尾椎組件長度接近1m，最大直徑約0.64m，前期試驗量與工程作業量較大；從接頭結構來說，機閘為等厚焊接，靜子組件為不等厚焊接，而尾椎組件為不等厚變截面復雜結構焊接；從母材成分來說，前者都是同種金屬焊接，而后者屬于異種金屬焊接，母材的熱物理性能差異可能在焊接過程中引起應力集中，為焊接工藝增加了難度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種大尺寸航空發動機尾椎組件的真空電子束焊接方法，該方法能夠滿足結構件焊縫質量的穩定性要求。

本發明解決技術問題所采用的技術方案為：一種大尺寸航空發動機尾椎組件的真空電子束焊接方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)焊接接頭設計：焊接接頭采用對接接頭形式，母材分別為高溫合金GH738與GH536；

(2)清洗焊接件；

(3)裝配：將步驟(2)清洗干凈的焊接件進行裝配，裝配采用專用工裝夾具；

(4)對步驟(3)裝配好的焊接件進行真空電子束穿透焊接，形成環形焊縫，工藝參數如下：

加速電壓為55～60kV；焊接速度V₀為1000～1200mm/min；聚焦狀態選用表面上聚焦，焊接聚焦電流I₀為2.60～2.70A；電子束流L₀為40～50mA；真空度≤5.0×10^-4mbar；