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航空发动机制造的电子束焊接技术分析

作者:未知

  摘  要:电子束焊是通过加速聚焦电子束轰击在真空或非真空状态的焊接面,融化被焊接工件,达到焊接效果的一种焊接技术手段。航空发动机制造中应用电子束焊接技术手段具有简单便捷的优势。基于此,该文主要对航空发动机的风扇机匣制造、压气机制造、涡轮制造、燃烧室制造中电子束焊接技术的应用进行了简单的分析,探究了电子束焊接技术的具体应用与效果,以供参考。
  关键词:航空发动机制造;电子束焊接技术;电子束焊接应用
  中图分类号:V263              文献标志码:A
  1 风扇机匣制造电子束焊接技术的应用
  航空发电机低压风扇机匣制作中最为关键的就是控制发动机重量,对此要应用钛合金材料。为了保障其焊接质量,在机匣的外环以及静子叶片的焊接中应用了电子束焊接技术手段。
  电子束焊接技术可以在真空环境中完成钛合金焊接,避免了钛合金在大气环境中出现的氧化问题。通过电子束焊接钛合金具有输入量小,零件变形小的优势,在应用可以在数控编程的支持之下1次性的完成焊接操作,效率相对较高,质量较好。
  通过电子束焊接的方式进行焊接处理可以有效地减轻风扇强度,同时,在设计过程中为了坚强其整体质量,要在风扇机匣强度、刚性基础之上将机匣壁厚减薄2 mm,主要就是在风扇机匣焊接之后要进行后续的加工处理。对此,在进行电子束焊接过程中要选择合适的工艺参数数值,把钛合金材料变为单焊双面成形的模式,在焊接中要避免产生焊接飞溅物质,合理控制因为焊缝背面堆高而造成的参数过大等问题,提升机匣中的流通性,有效地规避因为气体运动产生不良影响。
  同时,要根据实际状况合理地选择焊接工艺方案与手段,根据规范进行焊后热处理,把各个零部件变形控制到最小的范围中;通过数控编辑分析进行零件的焊接。
  2 压气机制造中电子束焊接技术的应用
  压气机的零部件制造中应用电子束焊接技术效果显著。压气机转子制造中其主要应用的材料就是钛合金以及GH4169材料,这些材料具有转速高的优势,可以实现每分钟高达数千以及数万转的效果。鼓盘类型的转子具备了鼓式转子以及盘式转子2种类型的优势特征,具有良好的抗弯刚性以及离心荷载最大的能力,主要应用在现代的涡扇发动的高压压气机中,其具有不可拆卸的优势,通过与圆柱面紧密配合,径向销钉连接以及焊接的2种方式进行处理。
  压气机再制造过程中转子的零部件相对较多,如果其制造偏差就会直接地影响转子的定心以及平衡,为了提升整体的平稳性,就要对连接位置结构进行加宽加厚处理,这样就会增加转子的整体重量。
  鼓盘转子焊接中无须连接的零部件,对其处理过程中要根据组件的对称轴、跳动的各项要求,进而提升整体的稳定性,也可以避免了加工以及装配中的不稳定性等相关因素,可以减轻结构重量,提升整体结构的稳定性。但是转子焊接中必须要严格控制,加强对焊接基础的管理,重视各个零部件焊接监督,保障符合规范要求,满足焊缝焊接质量要求。
  通过电子束焊接压气机转子中最常见的问题就是生气孔缺陷问题。在钛合金中因为转子件的焊接级数相对较多,零部件的成本相对较高,对此在焊接过程中要保障其一次焊接成功。在电子束焊应用之前,要综合实际状况进行焊接参数的模拟,通过模拟验证的方式避免出现气孔等问题,通过添加排气槽的方式进行处理,要综合不同材料合理的对接头 进行化学以及机械清理。
  焊接过程中应用穿透焊接技术,必须要做好气孔缺陷的预防处理,加强飞溅物等防护处理,避免变形等问题的出现。在焊接中如果要应用非穿透的焊接处理,则就要将在焊接中的问题引入焊衬底中,对其进行处理,进而保障焊缝的整体质量。一般状况之下要加厚衬底,在焊接过程中保障衬底背面的微透性,进而有效地控制因为飞溅物而造成的烧伤以及黏附等问题,也可以在一定程度上控制零部件变形问题。因为零部件在焊接之后在内部表面上无法进行护理,对此要分析转子件焊接之后对称轴、收缩量以及跳动值的分析,要在焊接工艺等角度开展,通过焊接以及热处理的工艺进行处理,避免转子变形等问题的出现。
  为了有效地控制转子件的质量,保障其符合重量结构的实际要求,在现代的设计领域中逐渐地应用了整体的叶盘制造技术,通过该电子束焊接的方式保障盘与盘之间的有效连接,可以有效地提升焊接效果与质量。
  3 涡轮制造中电子束焊接技术的应用
  通过电子束焊接的方式进行燃气涡轮盘轴焊接可以提升其整体性能指标。盘轴连接属于涡轮中最为简单的不可拆卸结构,是一种承载转动件,扭转荷载相对较大,进行焊接时要保障盘轴的对称轴以及跳动符合规范的要求。
  通过电子束焊接进行焊接过程中,利用整体件加工的方式可以降低难度,提升材料利用效率。在盘轴结构焊接中,要综合不同材料的焊接接头位置的具体状况,分析在不同状况下的影响,尽可能地将焊接接头放在应力小且壁厚相对较薄的位置上。
  制作涡轮导向叶片的时候,如果存在气动力过大、缺乏稳定的脉动负荷作用、高温燃气包围等环境,就会出现温度高、冷热变化较大以及温度变化缺乏均匀性等问题,这样就会导致叶片失效等问题。在设计过程中,要合理的组合配置,精准定位,强化公差设计分析,便于后续的更换。
  导向叶片应用的是铸造高温合金材料,其整体价格相对较为昂贵,此种类型的材料主要通过精密仪器铸造。为了提升叶片的冷却效果,提升工作质量,会将其设计为空心叶片的形式。而对于此种类型的叶片焊接过程中,要求严格必须要通过相同的工艺参数进行一次焊接,保障焊缝质量。如果焊缝存在质量问题就会生产裂纹缺陷,在发动机工作一段时间之后,就会影响其整体性能。
  4 燃燒室电子束焊接技术的应用
  进行发动机燃烧室的加工制造中应用电子束焊接处理效果显著。燃烧室中的零部件是在整个发动机中要承受较多负荷的零部件,其重量相对较轻,运行过程中很容易出现故障问题,会严重地影响其相关零部件的运行。因此,要加强对燃烧室中零部件的制造过程中必须要严格要求。
  燃烧室机匣制造过程中通过电子束焊接的方式进行焊接,将安装边以及钣金件连接,可以节省材料。发动机中主要应用环形燃烧室结构,其主要的燃烧室中的外机匣中军事通过电子束焊接的方式进行焊接。
  电子束焊接技术可以实现燃烧室内外机匣、前置扩压器以及内机匣的有效链接。象对于存在的应变时效裂纹问题,在焊接之前就要进行材料处理,分析焊接工艺、工装等几个方面,要对材料进行有效处理,合理控制焊后应力,进而解决焊接裂纹等问题。
  火焰筒的制造过程中应用电子束焊接方式进行处理,主要就是进行外壁以及头部、帽子、罩的焊接处理,因为其结构等因素的影响,合理的控制电子束焊接的焊接输入量,避免输入量过大而造成的零件变形等问题。综合结构状况合理分析,合理应用。象在非穿透焊接过程中要避免焊接过程中产生飞溅物以及焊瘤等影响发动机使用,要根据状况制定合理的预防对策与手段。
  5 结语
  航空发动机风扇机匣制造、压气机制造、涡轮制造制造、燃烧室制造中均应用了电子束焊接技术手段,此种技术应用效果显著,可以有效地满足航空发动机制造的各种需求,提升了发动机的安全性、牢固性,满足各个系统中稳定连接的要求,在根本上提升了发动机制造密封性提升焊接质量与效果,是一种较为有效的技术手段。
  参考文献
  [1]张雪飞,路芳宇.现代焊接技术中的电子束焊接技术[J].科技创新与应用,2017(36):51,53.
  [2]张耀光,宫宇,邢利君.航空发动机关键制造技术分析与应用[J].科技创新与应用,2017(7):104.
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