劉　杰　褚志華（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司 技術部，遼寧 沈陽 110043）

一種軸頸電子束焊的解決方案

劉杰褚志華
（沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司 技術部，遼寧 沈陽 110043）

本文針對前軸頸電子束焊遇到的問題，通過設計制造專用夾具，定制專用鎖底環(huán)，實現(xiàn)了前軸頸不可能條件下的電子束焊，為相似構件的電子束焊提供借鑒。

軸頸；夾具；電子束焊

1 引言

真空電子束焊應用廣泛。電子束焊有穿透能力強、焊縫深寬比大、焊接效率高，熱影響區(qū)小，焊件變形小，焊接可達性好等諸多優(yōu)點，已廣泛應用于航空、航天及其它工業(yè)領域。文中的前軸頸是一種工業(yè)用燃氣輪機上的關鍵件之一，材料為0Cr11Ni2MoVNb馬氏體不銹鋼，由兩個鍛件通過電子束焊焊成一個毛坯，再經機械加工形成的空心長軸類構件，尺寸多精度高，焊接及加工難度大。

2 前軸頸組成

前軸頸由軸段、安裝邊組成（如圖1所示）。軸段、安裝邊在鍛件狀態(tài)下經過粗加工，僅將焊接止口部位加工到待焊狀態(tài)，其它部位均留有機械加工余量。焊成組件后，經過機械加工完成各配合表面、花鍵套齒等高精尺寸的加工。焊接部位止口結構形式如圖1所示。

3 焊接存在問題及解決措施

3.1 焊接存在問題

由于更換了電子束焊設備，受焊槍可達性限制，必須改變焊接方向，即由軸段→安裝邊的焊接方向（圖1），改為由安裝邊→軸段的焊接方向（圖2）。焊接遇到的困難：當時待焊軸段和安裝邊已加工到待焊狀態(tài)，即安裝邊上帶鎖底的止口已加工到位（如圖1所示），改變焊接方向后，軸段上已沒有可加工出焊接鎖底的加工余量（如圖2所示）。這種條件下焊接必須解決兩個問題：（1）解決軸頸焊接時大端在上小端在下情況下的焊接穩(wěn)定性及定位壓緊問題，需要設計制造專用夾具；（2）設計、加工焊縫背部鎖底環(huán)，可靠實現(xiàn)與兩待焊件的緊密裝配，鎖底環(huán)要具備焊縫背部鎖底功能。

3.2 解決措施

3.2.1 設計制造專用夾具

焊接夾具是防止或減小組件變形的有效手段，通過夾具可靠實現(xiàn)裝配定位，同時控制焊接變形。軸頸待焊部位厚度大（約90mm），焊后橫向、縱向收縮量大，焊縫金屬上、下收縮不均勻還可引起焊件角變形，夾具必須具有足夠強度、剛性，確保焊接過程穩(wěn)定可靠。夾具定位的可靠性直接影響軸頸電子束焊接成敗，一旦失效將出現(xiàn)焊穿等導致軸頸報廢的嚴重后果。對夾具結構經反復論證，確定了最終夾具結構，詳見如圖3所示。

圖1 前軸頸焊接示意圖

圖2 前軸頸焊接示意圖

圖3 夾具結構簡圖

3.2.2 定制焊接鎖底環(huán)

采用與基體同種材料的0Cr11Ni2MoVNb鍛件加工焊接鎖底環(huán)。加工時必須保證鎖底與軸段、安裝邊接觸面同時緊密貼合。采用照配辦法，結合著色手段，實現(xiàn)鎖底環(huán)與軸段、安裝邊配合面的緊密貼合。

3.2.3 夾具與零件裝配過程

（1）將夾具的底座1與支撐套筒2焊接形成不可拆卸連接，提高結構剛性；通過緊固螺釘3將底座1與焊接轉臺固定，實現(xiàn)與轉臺的同步旋轉；（2）采用照配辦法，在支撐套筒2上車加工出配合止口，實現(xiàn)支撐套筒2與焊接鎖底環(huán)接觸面的緊密貼合，提高焊接過程穩(wěn)定性；（3）裝配時首先將焊接鎖底環(huán)裝到支撐套筒2上，裝配安裝邊，將軸段插入支撐芯軸9，裝配螺栓5、壓板4、大壓板7，壓緊螺母8、螺母6后，進一步檢查支撐套筒2與焊接鎖底環(huán)塊貼合情況，確保貼合，否則調整直至貼合。

3.3 電子束焊

軸頸組件電子束焊時，對零件進行焊前清理后，定位焊，優(yōu)化確定了焊接工藝參數(shù)，在夾具上完成了焊接，焊后進行缺陷檢查及補焊等工作。已成功完成前軸頸交付。

結語

采用專用夾具，通過定制專用鎖底環(huán)實現(xiàn)了前軸頸不可能條件下的電子束焊。

[1]楊薇，康文軍.某燃氣輪機高壓壓氣機后軸頸電子束焊接[J].航空制造技術，2012（08）.

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