[发明专利]一种拼焊结构进气机匣的集成方法

说明书

一种拼焊结构进气机匣的集成方法，包括以下步骤：步骤1支板结构设计；步骤2余量设计；步骤3支板和外环加工；步骤4集件预装配；步骤5酸洗；步骤6装配定位焊；步骤7焊接工艺及顺序；步骤8支板热校正；步骤9防冰座/游标座、进油管/回油管钨极氩弧焊；步骤10焊接检验；步骤11尺寸检测；步骤12真空热处理、真空热定型；步骤13焊接检验；步骤14尺寸检测；步骤15组合加工；步骤16终检。将现有工艺的进气机匣焊缝缩减1000mm以上，将进气机匣流道面最大变形量由2.0mm控制到0.7mm以内，进出口流道变形控制在0.5mm以内，支板位置度由0.6mm控制到0.4mm以内，支板直线度由1.0mm控制到0.5mm以内，最大残余应力由最大600MPa控制到不大于270MPa，大幅提升进气机匣加工效率。

技术领域

本发明属于航空发动机用进气机匣制造技术领域，具体涉及一种拼焊结构进气机匣的集成方法。

背景技术

进气机匣焊接组件(后简称进气机匣)是军用航空发动机三大承力构件之一，其位于风扇前端，设计有可变弯度叶片以改变气流方向，提高风扇喘振裕度；内部设计有轴承，承受低压转子传递的轴向和部分径向载荷；外部设计有引气装置对静子部分进行防冰，避免结冰脱落后打伤转子叶片，进气机匣的制造符合性和可靠性将直接影响发动机的使用性能和安全。

现有结构的进气机匣主要由环形薄壁机匣(后简称外环)、固定支板组合件(后简称支板)、内环前段(后简称内环)以及集气罩、防冰座等组成，材料为TC4合金。进气机匣通过钨极氩弧焊(TIG)、真空电子束焊(EBW)或有电阻缝焊(RSW)工艺连接为大型薄壁焊接组件，最大直径达1015mm，最小焊接壁厚仅为1.0mm。

现有结构进气机匣存在制造符合性差、残余应力水平高、焊接变形突出、裂纹故障率高等诸多问题，已严重危及航空发动机的使用寿命和飞行安全。具体表现在支板位置度、直线度超差，直接影响气体流通性能和可调叶片转动调节功能；进气机匣流道面焊接变形大且不均匀，最大收缩量可达3mm；内、外环与支板焊缝裂纹故障频发，因裂纹引起的大修报废率居高。

发明内容

针对现有结构进气机匣存在的制造符合性、应力变形及裂纹问题，本发明提供了一种拼焊结构进气机匣的集成方法，其以带双支板头对开结构扩散焊支板、精密焊接工装、高能束流焊接工艺为核心，将内环单件取消直接集成于支板上，从全局角度设计焊前加工余量、焊接和热处理工装、焊前装配方式及控制方法、焊接工艺及顺序、焊后热处理/热定型及其组合加工等关键工序，并通过部件和试车考核验证工艺措施，旨在从根本上解决进气机匣组件制造符合性和应力变形及裂纹问题。

一种拼焊结构进气机匣的集成方法，包括以下步骤：

步骤1，支板结构设计

通过将现有的单支板头的支板结构设计为双支板头的支板结构，利用对开结构固相扩散焊技术实现带双支板头的空心结构支板的制造，其工艺稳定性好、焊接质量高，通过精准压缩量控制和数控加工技术可实现复杂型面支板的一体化成形制造，也为拼焊结构进气机匣集成制造提供了可靠的技术途径；

步骤2，余量设计

支板余量设计：根据现有内环结构，其内腔带有两条环形跑道，且位于最大壁厚处，因此，靠近内侧支板头沿径向预留余量；沿轴向上端面与下端面预留余量；靠近外侧支板头沿径向缘板处不设置余量，伸出缘板部分沿径向预留余量，装配用精密孔留有加工底孔；

外环余量设计：外环沿轴向上端面与下端面分别预留余量，其它位置无余量；

步骤3，支板和外环加工

支板加工：(1)通过线切割和精磨对毛料进行加工处理；(2)通过铣削加工加工出内腔和防冰孔；(3)通过真空扩散焊炉对带双支板头支板进行扩散焊接；(4)对焊后带双支板头支板进行焊接质量检验；(5)通过数控机床对双支板头支板外型面进行加工，并对双支板头支板进行修整、抛光处理；(6)然后对加工完成的带双支板头支板进行尺寸检验；