王玉武

（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015）

新型可調(diào)引射器焊接變形控制及利用方法

王玉武

（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015）

為了保證可調(diào)引射器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的靈活性，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用脹胎結(jié)合脹塊的定位方法減小筒體變形，合理布局連桿座和耳座位置以利用焊接殘余變形，在脹塊上安裝與連桿座相應(yīng)的墊塊，減小由焊接連桿座引起的凹陷變形，保證了組合件的順利安裝；同時(shí)根據(jù)同步環(huán)擺動(dòng)的特點(diǎn)，確定同步環(huán)靈活擺動(dòng)的角向位置，有效地滿足了可調(diào)引射器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明：可調(diào)引射器調(diào)節(jié)片工作時(shí)能夠保證打開(kāi)和關(guān)閉2個(gè)位置的穩(wěn)固，未發(fā)生構(gòu)件失效等問(wèn)題，其可靠性初步滿足裝機(jī)要求。

可調(diào)引射器；焊接變形；變形控制；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

0 引言

為降低某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度，全新設(shè)計(jì)了可調(diào)引射器，其主要特點(diǎn)是鈑金焊接采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，而普通引射器多為靜止結(jié)構(gòu)[1]。該引射器尺寸精度高、運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此焊接引起的變形增加了其加工難度。通常采用余量法在重要表面留出足夠的機(jī)械加工余量，減小焊接變形的影響，但對(duì)于可調(diào)引射器這種結(jié)構(gòu)，該方法不能完全解決焊接變形對(duì)其運(yùn)動(dòng)性能的影響。

對(duì)于筒體類(lèi)零件，通常采用大型專(zhuān)用夾具控制其焊接變形[2-3]，但該夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高，不適用于單件生產(chǎn)。

本文針對(duì)可調(diào)引射器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出其焊接變形控制及合理利用焊接殘余變形的方法，有效地保證了該部件的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求，對(duì)于同類(lèi)型部件的加工有一定的參考價(jià)值。

1 可調(diào)引射器工作原理

可調(diào)引射器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主體結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外筒體通過(guò)8個(gè)連桿A連接在一起，作動(dòng)筒由作動(dòng)筒支架固定在外筒體安裝邊上。同步環(huán)安裝在外筒體外側(cè)，可沿周向往復(fù)擺動(dòng)，由導(dǎo)向球限制同步環(huán)軸向運(yùn)動(dòng)；同步環(huán)帶動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)沿周向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)環(huán)帶動(dòng)8組調(diào)節(jié)片做開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。

作動(dòng)筒活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)擺桿A、B拉動(dòng)同步環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步環(huán)通過(guò)拉桿帶動(dòng)擺桿C；擺桿C、D安裝在同1根軸上，可聯(lián)動(dòng)；擺桿D擺動(dòng)，拉動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最后通過(guò)拉桿拉動(dòng)8組調(diào)節(jié)片做開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，起到調(diào)節(jié)氣流速度進(jìn)而調(diào)節(jié)排氣溫度的作用。

圖1 可調(diào)引射器結(jié)構(gòu)

2 可調(diào)引射器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

（1）從圖1中可見(jiàn)，可調(diào)引射器結(jié)構(gòu)由連接內(nèi)、外筒體的8個(gè)連桿A孔距尺寸精度較高，連接孔尺寸為C±0.11mm。

（2）內(nèi)筒體（如圖2所示）是鈑金焊接組合件，筒壁薄，焊縫多，直徑大；內(nèi)筒體上有2條環(huán)焊縫，分別焊接8個(gè)拉桿座、8個(gè)定位座、8個(gè)加強(qiáng)環(huán)框，焊縫總長(zhǎng)超過(guò)9m，鉚接16個(gè)連接調(diào)節(jié)片的耳座。

圖2 內(nèi)筒體結(jié)構(gòu)

（3）外筒體（如圖3所示）也是鈑金焊接組合件，有2條環(huán)焊縫，分別焊接8個(gè)連桿座、8個(gè)安裝座和1個(gè)引流管組件，焊縫總長(zhǎng)超過(guò)8m，8個(gè)耳座為難以采用組合加工的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)。

（4）同步環(huán)是薄壁機(jī)械加工件,與焊接在外筒體上的36個(gè)定位條之間的設(shè)計(jì)間隙為0.5mm。從工作過(guò)程看，同步環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)及調(diào)節(jié)片的運(yùn)動(dòng)是滑動(dòng)摩擦。

圖3 外筒體結(jié)構(gòu)

3 焊接工藝分析

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，該可調(diào)引射器是鈑金焊接結(jié)構(gòu)，同時(shí)包含復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。鈑金件的加工精度不可能像機(jī)械加工件的高，而且焊接又會(huì)引起筒體零件變形，要保證組合后實(shí)現(xiàn)所需的裝配和運(yùn)動(dòng)要求難度很大。

組合件能夠順利安裝需保證連接孔尺寸（C± 0.11mm），即保證內(nèi)筒體8個(gè)拉桿座連接孔（圖2）和的外筒體8個(gè)耳座連接孔（圖3）的位置尺寸；可調(diào)引射器的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)基本上是滑動(dòng)摩擦，運(yùn)動(dòng)摩擦阻力較大，特別是同步環(huán)與焊接在外筒體上的36件定位條的設(shè)計(jì)間隙為0.5mm，因此控制和合理利用焊接變形是關(guān)鍵。

4 焊接變形控制方法

低應(yīng)力無(wú)變形焊接技術(shù)[4]可以有效減小焊接變形，但是受使用條件的限制，尚未得到廣泛應(yīng)用。焊后殘余變形有多種形式[5-8]，但是都是由焊縫的橫向和縱向收縮引起的。同樣，內(nèi)、外筒體上的環(huán)焊縫產(chǎn)生的變形也是橫向和縱向收縮[5-6]，橫向收縮引起軸向尺寸縮小，縱向收縮引起筒體發(fā)生橢圓變形[9]。環(huán)形焊縫還會(huì)引起筒體徑向變形及法蘭平面度的變化[10]。

橫向收縮可以采用安裝邊預(yù)留余量的方法利用組合加工解決；縱向收縮引起的橢圓變形必須采取措施加以控制，否則會(huì)導(dǎo)致同步環(huán)運(yùn)動(dòng)不靈活，影響部件工作質(zhì)量；焊接連桿座主要會(huì)引起筒體局部塌陷，嚴(yán)重影響部件裝配。

為了保證內(nèi)筒體8個(gè)拉桿座連接孔（圖2）和外筒體8個(gè)耳座連接孔（圖3）的位置尺寸，采用組合加工的方法在左端面留足夠的加工余量，以保證軸向尺寸精度要求，但是對(duì)于徑向尺寸，由于孔中心距筒壁較近，難于采用組合加工的方法加工；對(duì)于徑向尺寸，采用機(jī)械加工方法不可能實(shí)現(xiàn)；在實(shí)際生產(chǎn)中，必須采取有效措施，控制筒體橢圓變形，輔助其他方法，才能保證8個(gè)拉桿座連接孔的位置尺寸。

對(duì)于環(huán)焊縫焊接變形的控制，在生產(chǎn)中采用脹胎結(jié)合脹塊的方式（如圖4所示），采用的半圓形脹胎具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以根據(jù)筒體直徑來(lái)更換不同直徑的脹塊，適合單件生產(chǎn)；將零件從內(nèi)部脹緊，如圖5所示；增加零件的剛性，類(lèi)似剛性固定法，可以有效減小筒體的橢圓變形。

圖4 脹胎結(jié)構(gòu)

圖5 焊接變形控制

焊接連桿座及耳座等筒壁上的零件易引起筒壁凹陷，生產(chǎn)中焊接安裝座類(lèi)零件通常在安裝座端面留足夠的余量，采用焊后組合加工的方法解決由焊接變形帶來(lái)的影響，但是在焊接此類(lèi)零件時(shí)，由于連桿座和耳座焊后不易進(jìn)行組合加工，所以在焊接此類(lèi)零件時(shí)（如圖6所示），在脹塊上安裝與連桿座相應(yīng)的墊塊，可以有效減小由焊接連桿座引起的凹陷變形。

圖6 焊接安裝座墊塊

5 焊接變形的利用

由于采用上述方案不能完全消除焊接變形，因此有效利用焊接變形是研究重點(diǎn)。在環(huán)焊縫焊接完成后，測(cè)量筒體的橢圓變形，找出內(nèi)、外筒體長(zhǎng)軸及短軸的方向，如果按如圖7（a）所示的位置擺放可見(jiàn)，在垂直和水平方向連桿座和耳座間的距離差很大，無(wú)法保證如圖1所示的尺寸（C±0.11 mm）；按如圖7（b）所示加工連桿座和，也就是連桿座和耳座的布局有利于利用焊接變形，雖然內(nèi)、外筒體發(fā)生了變形，但是在連桿座和耳座的位置處內(nèi)、外筒體間距沒(méi)有變化，有利于保證連桿A的順利安裝，使橢圓變形的影響降到最小。

同步環(huán)是薄壁機(jī)械加工件，也會(huì)發(fā)生一定程度的變形，與焊接在外筒體上的36件定位條的設(shè)計(jì)間隙為0.5mm，如圖8所示。實(shí)際上由內(nèi)、外筒體焊接引起的變形在局部已經(jīng)沒(méi)有間隙，造成同步環(huán)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)阻力增大，由于同步環(huán)運(yùn)動(dòng)方式是擺動(dòng)的特點(diǎn)，在實(shí)際安裝時(shí)找出靈活擺動(dòng)的角向方位，可以達(dá)到利用變形的目的，保證同步環(huán)擺動(dòng)靈活。

圖7 變形利用

圖8 同步環(huán)安裝結(jié)構(gòu)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的工藝方法具有工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的特點(diǎn)，可以有效減小焊接變形，試驗(yàn)結(jié)果表明，可調(diào)引射器調(diào)節(jié)片工作時(shí)能夠保證打開(kāi)和關(guān)閉2個(gè)位置的穩(wěn)固，不擺動(dòng)；未發(fā)現(xiàn)構(gòu)件失效等問(wèn)題，其可靠性可初步滿足裝機(jī)要求。

由于焊接過(guò)程及焊接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，尚不能完全消除焊接變形的影響，因此進(jìn)一步研究控制焊接變形的工藝措施和技術(shù)方案，同時(shí)掌握焊接變形的規(guī)律，合理利用焊接變形，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Welding Deformation ControlMethod of Novel Adjustable Ejector

WANG Yu-wu
（AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute,Shenyang 110015,China）

To ensure the flexibility of adjustable ejectors,the positioning method of expander and harmogegathy-block was adopted to induce cylinder deformation by its structure characteristics.The position of the link base and manifold lug were reasonably distributed to utilize welding residual deformation.And installing heel block corresponding to the link base on harmogegathy-block can reduce the sunken deformation caused by welding the link base and ensure that the components were installed successfully.According to the swinging feature of synchronous rings,the angular location of synchronous rings was determined,which effectively guarantees the motion requirement of adjustable ejectors.The experimental results show that the open-close position of the adjustable ejector is stable without failures,and the reliability meets operating requirements tentatively.

adjustable ejector;welding deformation;deformation control;aeroengine

2012-07-10

王玉武（1961），男，高級(jí)工程師，主要從事機(jī)械加工、鈑金焊接工藝等研究工作。