[发明专利]一种回转体结构薄壁焊接机匣的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机钣金成形与焊接制造技术领域，特别是涉及一种回转体结构薄壁焊接机匣的加工方法，应用于带前、后安装边、薄壁焊接机匣结构壳体的制造。

背景技术

回转体结构的焊接机匣（如图1所示）在制造中最突出的技术问题是前、后安装边和主体同轴度的问题，该质量问题会带来如发动机工作流道截面变化、装配应力引起变形等系列影响发动机性能的问题。分析不同轴的原因主要来自焊接变形和热处理过程附加应力变形，由于焊接和热处理过程是材料热加工过程，变形很难人为控制，长期以来这个问题一直困扰技术人员，没有找到一个切实可行有效的解决方案，只能依靠加大安装边的机械加工余量，在后续机械加工中进行安装边尺寸补偿，解决安装边局部装配结构尺寸。目前，现有的加工方法一般为：在安装边上留有较大尺寸的毛料余量，主要是通过余量结构补偿焊接变形，再通过机械加工去掉大量材料余量的方法来保证安装边的装配结构尺寸，实际上这样的加工方法只是解决了安装边装配结构尺寸，在安装边和主体结构上不同轴问题依然存在，并没有从根本上解决焊接变形问题，焊接后的机匣主体结构上变形仍然存在，比如机匣主体焊接变形影响流道特性，焊缝内部不均匀的应力在装配后存在内应力释放引起相配件变形隐患，影响发动机使用。

发明内容

针对现有回转体结构的焊接机匣安装边自身尺寸超差，前、后安装边焊接后与主体同轴度超差，以及焊接组件残余应力分布不均衡的问题，本发明提供一种回转体结构薄壁焊接机匣的加工方法。该方法采用整体预变形焊接/成形方法，解决了发动机装配应力可能引起的变形问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种回转体结构薄壁焊接机匣的加工方法，包括如下步骤：

步骤一：根据材料塑性变形特性，焊接前进行安装边及薄壁机匣主体工艺结构焊接变形余量补偿设计；

步骤二：根据胀大机工作部配合尺寸和零件最终结构尺寸要求，进行塑性成形胀块结构设计；

步骤三：进行安装边与主体装配自动氩弧焊接；

步骤四：将焊接后的机匣壳体连同胀块装配在胀大机工作部上，进行胀大塑性成形，通过调节胀大机压力控制胀大成形尺寸；

步骤五：卸载胀大机压力，收回胀大机工作部，卸下零件，完成一个焊接/成形过程。

本发明采用的是整体预变形焊接/成形方法，是应用薄壁钣金件胀大成形产生的塑性变形效应，解决焊接机匣结构的变形及内部残余应力问题；同时，胀大工艺过程产生塑性变形，使焊缝内应力和热处理附加变形应力分布均匀，内部达到应力平衡状态，焊接机匣结构特征更稳定，避免装配使用中由于残余应力释放变形对发动机的影响。

本发明的有益效果：

本发明利用预先工艺设计安装边及主体结构尺寸，结合焊接后通过胀大塑性成形工艺解决焊接机匣焊接变形和平衡残余应力（焊接变形和热处理附加变形应力）的工艺方法解决薄壁焊接机匣焊接后同轴度超差和残余应力不平衡问题；其具体具有如下优点：

1）本发明解决了安装边自身变形问题，通过胀大成形塑性变形校正了焊接变形，使安装边结构尺寸达到工艺设计要求，同时解决了焊接机匣前、后安装边焊接同轴问题，即解决了零件的结构尺寸、形状和流道特性等技术条件要求，提高了零件的加工质量；

2）采用本发明的加工方法安装边焊接变形小，通过工艺设计安装边结构尺寸减小（传统工艺设计安装边焊接变形补偿余量单边至少3～5mm，本发明工艺设计安装边焊接变形补偿余量单边1mm），提高了锻件安装边毛料利用率；

3）通过本发明加工的焊接机匣结构尺寸好，在进行机械加工时减少了装夹具找正准备时间；安装边毛料余量少，减小了机械加工切削力，减少了零件变形和残余应力，大大提高了焊接机匣机械加工质量和加工效率。

附图说明

图1为一个典型焊接机匣的结构示意图；

图2为应用传统的加工方法加工焊接机匣的毛料的结构示意图；

图3为应用本发明的加工方法加工焊接机匣的毛料的结构示意图；

图4为应用本发明的加工方法加工后的焊接机匣的结构示意图；

图中，1-前安装边，2-主体，3-后安装边。

具体实施方式

一种回转体结构薄壁焊接机匣的加工方法，包括如下步骤：