[发明专利]一种飞机发动机排气筒环缝激光焊接夹具和焊接方法

说明书

本申请公开了一种飞机发动机排气筒环缝激光焊接夹具和焊接方法，焊接夹具包含主轴结构、可调支撑、定位盘结构、定位盘驱动机构、气体保护装置，主轴结构一端与机床工作转台连接，由机床驱动主轴结构转动，另一端与可调支撑连接；定位盘结构轴向套装在主轴结构上，径向通过滑轨滑块与主轴结构连接；定位盘驱动机构安装在主轴结构上，驱动定位盘结构上的不同直径的定位盘沿径向伸缩；气体保护装置安装在定位盘结构上，并与主轴结构连接，为不同焊缝背部提供惰性气体保护，飞机发动机排气筒套装并定位在定位盘结构上进行焊接。本申请通过夹具和被焊工件的旋转实现环形焊缝的焊接，形成焊缝质量最佳并具有通用性。

技术领域

本申请涉及飞机零件的激光焊接技术领域，特别是一种飞机发动机排气筒环缝激光焊接夹具和焊接方法。

背景技术

飞机筒状排气筒通常由几块蒙皮成形后焊接成一个整体，为了获得高强度、连续、光滑的焊缝，激光焊接逐步成为钛合金蒙皮焊接方式的首选，而环形焊缝的焊接是其中的难点。飞机发动机排气筒钛合金蒙皮具有壁厚薄、尺寸大、刚性弱等特点，通常蒙皮厚度1mm左右，长近2000mm，筒段直径φ700mm～φ800mm不等，整个筒段呈弱刚性，激光焊接时需要专用装置对飞机发动机排气筒内径进行定位支撑来保证焊接过程中飞机发动机排气筒的刚性和确定其焊接位置。激光环缝焊接对蒙皮的对接精度和筒段之间的同轴度要求极为严苛，对接精度差会直接导致蒙皮烧穿或者无法完成焊接。钛合金在焊接过程中极易与空气中的杂质气体发生有害反应，所以焊接夹具还需具备气体保护功能。筒状结构环缝焊接一般为最后一道工序，焊接完成后其整个形状呈封闭结构，焊接后由于焊接应力变形和焊缝余高的影响，飞机发动机排气筒在工装上的装卸也极为困难。

发明内容

本申请的目的在于通过设计一种对飞机发动机排气筒环缝激光焊接装置及方法，该装置定位精确、装夹方便、焊接过程中能对焊缝形成可靠气体保护。

为达到以上目的，本申请采取如下技术方案予以实现：

一种飞机发动机排气筒环缝激光焊接夹具，包含主轴结构、可调支撑、定位盘结构、定位盘驱动机构、气体保护装置，主轴结构一端与机床工作转台连接，由机床驱动主轴结构转动，另一端与可调支撑连接；定位盘结构轴向套装在主轴结构上，径向通过滑轨滑块与主轴结构连接；定位盘驱动机构安装在主轴结构上，驱动定位盘结构上的不同直径的定位盘沿径向伸缩；气体保护装置安装在定位盘结构上，并与主轴结构连接，为不同焊缝背部提供惰性气体保护，飞机发动机排气筒套装并定位在定位盘结构上进行焊接。

主轴结构包括工装承力轴、端头旋转结构、第一支撑盘、第二支撑盘、第三支撑盘、滑轨、六个无油衬套，端头旋转结构固定工装承力轴一端，第一支撑盘、第二支撑盘、第三支撑盘套装并固定在工装承力轴上，每个支撑盘盘面上均布安装3处滑轨，第一支撑盘盘面上均布三个无油衬套，第二支撑盘盘面上设置有夹角120度的两个无油衬套，第三支撑盘上设置有一个无油衬套，第三支撑盘与机床转台连接，可调支撑与端头旋转结构连接。

端头旋转结构包括转轴、旋转体、锁紧装置，转轴与可调支撑连接在一起并可在转动，旋转体为三爪结构，旋转体套装在转轴上，每个爪结构上均装有驱动机构的锁紧装置并开有驱动装置的定位支撑孔。

定位盘结构包括第一定位盘、第二定位盘、第三定位盘均包含大齿轮、导向销、三块扇形盘；大齿轮上开有端面螺旋槽，导向销固定在扇形盘上，并可在端面螺旋槽中滑动，每个定位盘上的三块扇形盘分别与对应的支撑盘上的滑轨连接在一起，并可沿支撑盘的径向移动，大齿轮旋转驱动每个扇形定位盘沿径向伸缩移动，每个定位盘上的3个扇形定位盘可同时沿径向伸缩实现支撑盘直径的缩放，第二定位盘、第三定位盘外径中部开有保护气体通过槽，槽底部开有保护气体的通气孔，第一定位盘、第二定位盘、第三定位盘的外径与排气筒内径配合。