某发动机双层结构预旋喷嘴精密焊接研究

摘 要：本文介绍了某发动机双层结构多叶片的预旋喷嘴的研制过程，该零件由内、外两层钣金成型形筒体、内加强筋以及60个钣金叶片组合焊接而成，结构复杂，加工难度大。该零件首次采用钣金成型壳体，筒壁上采用激光切割方法加工叶型孔，其在组件上装配精度和变形控制我们还没有掌握，需要在首件研制时进行摸索。为此我们采用高精度的筒体成型工艺和高精密的激光切割技术，加上合理的装配、焊接工装，上述工艺的成功应用，大大提高了零件的加工精度和质量，为钣金件双层多叶片类零件的加工工艺提供许多可借鉴的地方。

关键词：双层结构；多叶片焊接；装配焊接

中图分类号：V231 文献标识码：A

某发动机双层结构多叶片高精密预旋喷嘴是高压涡轮导向器的主要部件，由预旋喷嘴外环、预旋喷嘴内环、预旋喷嘴叶片、肋板组成。在同类零件中，某发动机预旋喷嘴首次采用钣金成型壳体，筒壁上用激光切割方法加工叶型孔，肋板通过电阻滚焊连接到内环上，内环和外环通过60片钣金叶片组合焊接到一起，前端用于形成高精度预旋气流，后端与高精度的机匣连接，零件的结构如图1所示。

1 预旋喷嘴工艺分析

1.1 工艺难点分析

该组件研制的技术难点主要有：⑴内、外环的成型精度要求高；⑵零件内、外环的装配精度要求高；⑶内外双层结构，叶片装配后的尺寸精度要求高；⑷滚焊，氩弧焊和钎焊变形控制要高。

1.2 工艺路线确定

经过充分理解设计图纸，确定主要工艺路线为：钳加工 氩弧焊 钳加工 X射线检验 补焊 荧光检验 补焊 定位点焊肋板 滚焊肋板 焊前酸洗 修配 定位焊叶片 钎焊 钳加工 车加工 标印 激光切孔 钳加工 最终检验。

2 精密焊接研究

2.1 零件装配定位焊夹具设计

零件装配定位焊夹具由底座、型块和压盖组成，在装配定位焊过程中，利用夹具的精度对零件的装配精度进行控制，保证零件内、外环的同轴度和相互位置关系，通过压盖确保筒体上下同心和前后端同心，解决大端斜边机械加工的问题。

2.2 装配定位焊

从夹具的结构来分析，零件的定位止口不可调，尺寸不能调整，而零件又带有公差，因此，我们采用假装配的方法，即在装配定位焊夹具上先预装配，先将内、外筒体氩弧焊固定四点，从夹具上卸下，测量零件的实际尺寸，待合格后再整体定位焊，如不合格再进行调整，直至合格；

2.3 减少变形和应力

通过分析零件结构，要求单件采用高精密成型方法，保证单件直径的精度，以满足组件要求的尺寸要求。叶型孔的加工，在限制状态下加工，保证单件和组件的装配位置的一致性，保证装配间隙减少变形和应力。

2.4 配装控制零件变形

预旋喷嘴内环内壁上需电阻滚焊两肋板，加工中，我们采用配制的方法，根据内环尺寸确定肋板的大小，保证两件等直径，焊后变形量小。

2.5 对称焊

由于零件筒体大、壁薄，氩弧定位焊点对零件变形产生很大的影响，小电流、对称焊的焊接方法可有效减小焊接变形。

3 首件研制结果

采用既定的工艺路线和工艺措施后，有效地控制了焊接变形，保证了装配精度，所加工的预旋喷嘴首件状态满足设计图纸要求，实现了首件的合格交付。

在预旋喷嘴的加工过程中，为了保证装配精度，更有效的控制焊接变形，采用在组合装配焊接夹具上先预装配的方法，将内、外双层筒体装配到小间隙配合的定位夹具上，先定位点焊对称4～6点，以固定内、外层筒体保持不动，把零件从夹具上卸下来，测量两筒体的位置关系，以消除筒体圆度公差给装配带来的影响。再在夹具上修配其余叶片，保证叶片与叶型孔的间隙0.05～0.1mm，满足钎焊的间隙要求，也保证了内、外层筒体的同轴度问题，使筒体间间隙和高度差均达到设计要求。此工艺在该零件的有效尝试，为此类钣金零件的加工开辟了新的途径。

在内环与肋板的加工过程中，为了控制焊接变形，采用了配制的方法，即根据内环尺寸确定肋板的大小，保证内环的内径与肋板的外径相近，使两件基本处于相等直径的状态，两件的装配间隙尽量小，焊后变形量也小，对零件大端直径影响也小。在装配定位焊时，采用对称装配的方法，以更减小焊接后的变形。

通过设计合理的装配定位焊夹具和钎焊夹具，从而保证焊接后前后筒体的同轴度和减少了焊接变形，同时安排了钳工校正工序，在精车后保证了大端筒体的直径精度，为后续组件顺利加工提供了工艺保证。

结语

采用我们确定的工艺路线和装配定位焊夹具，有效提高了装配及定位焊精度并减小了焊接变形，在加工过程中，采用焊前酸洗、假装配、车加工等加工工艺，提高了零件的加工精度和质量，所加工的预旋喷嘴状态满足设计图纸要求，所采取的一系列工艺措施，为今后同类零件的加工，积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]宋宇文.中国航空材料手册[M].北京：国家标准出版社，1989.

[2]方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3]美国焊接学会.焊接手册（第2卷）[M].北京：机械工业出版社.1978.