電子束焊接在渦輪制造中的應用

在燃氣渦輪部分，盤(pán)軸采用電子束焊或摩擦焊連接是一種最簡(jiǎn)單的不可拆卸結構，中間沒(méi)有連接件，重量最輕。但由于渦輪部分為承力轉動(dòng)件，在工作過(guò)程中存在很大的扭轉載荷，焊接須確保盤(pán)軸的同心度和跳動(dòng)要求，因此對焊接接頭質(zhì)量要求十分苛刻。國內在某型靶機的發(fā)動(dòng)機中就采用電子束焊接工藝，將1Cr11Ni2W2MoV材料的渦輪軸和K418材料的精鑄葉盤(pán)焊接為一體。在某型機低壓渦輪軸的生產(chǎn)過(guò)程中，也曾采用電子束焊接將GQGH4169材料的軸連接起來(lái)。采用焊接結構件較整體件加工降低了機加工難度，同時(shí)節約了材料，經(jīng)濟性好。國外在RB199等發(fā)動(dòng)機的高壓渦輪部分就采用了電子束焊接結構。盤(pán)軸焊接結構，必須考慮不同材料的焊接接頭在各種使用工況下的影響，焊接接頭的位置盡量放在應力較小、壁厚較薄的位置。

在渦輪導向葉片的制造過(guò)程中，由于導向葉片除受到較大的氣動(dòng)力與不穩定的脈動(dòng)負荷外，還處于高溫燃氣的包圍之中，溫度高，冷熱變化大，溫度不均勻情況很?chē)乐?，熱沖擊和熱疲憊成為葉片失效的主要原因之一。因此，導向葉片一般做成單個(gè)的或兩葉、三葉組，便于裝配、定位和公差控制，損壞后也易更換。導向葉片的材料為鑄造高溫合金，材料價(jià)格昂貴，這類(lèi)材料的材質(zhì)很硬，采用精密鑄造，為了增強葉片的冷卻效果，進(jìn)步工作質(zhì)量，一般做成空心葉片。在TAY及WS9發(fā)動(dòng)機上，高壓渦輪導向葉片均為采用電子束焊接的三葉組結構。葉片緣板的對接焊是典型的變截面焊接，焊接厚度范圍在2～12mm之間變化，需由同一參數一次完成焊接，且要求焊縫為Ⅲ級，葉片焊縫中易產(chǎn)生裂紋缺陷，尤其是在發(fā)動(dòng)機上工作一段時(shí)間后，裂紋的產(chǎn)生與材料中Al、Ti及雜質(zhì)元素的含量較高有關(guān)。為了更進(jìn)一步進(jìn)步發(fā)動(dòng)機渦輪前工作溫度，現代先進(jìn)發(fā)動(dòng)機已采用很多新型耐受更高溫度的材料，如現在某機所用的Ni3Al基的IC10材料定向結晶鑄造的渦輪導向葉片，其工作溫度為1100℃，由T LP擴散焊焊成兩葉組使用。該材料采用熔焊方法易產(chǎn)生焊接裂紋。

電子束焊接在燃燒室制造中的應用

在發(fā)動(dòng)機燃燒室的加工制造過(guò)程中，電子束焊接得到了更多的應用。燃燒室部件是發(fā)動(dòng)機中承受熱負荷最大的部件，重量要輕。燃燒室部件易出現故障，危及自身及其他部件。因此對燃燒室部件的制造質(zhì)量要求較高。在燃燒室機匣的制造中，采用電子束焊接工藝將安裝邊與鈑金件焊接起來(lái)，大大節約了材料?，F代發(fā)動(dòng)機多采用環(huán)形燃燒室結構，其燃燒室內外機匣均采用電子束焊接結構，一般為GH4169材料，多為薄壁件，焊接時(shí)保證焊縫質(zhì)量滿(mǎn)足驗收標準的Ⅰ級要求。電子束焊接完成燃燒室外機匣、前置擴壓器和內機匣的連接。在某機機匣內套的生產(chǎn)中，涉及GH141材料的電子束焊接，焊后在焊接接頭區域發(fā)現微裂紋。針對此情況，分析判定其為應變時(shí)效裂紋，焊前對GH141材料進(jìn)行時(shí)效處理，并從焊接工藝、工裝等方面著(zhù)手，控制焊后應力，解決了焊接裂紋題目?；鹧嫱驳闹圃齑罅坎捎昧穗娮邮附庸に?。實(shí)現外壁與頭部及帽罩的焊接。由于結構原因，電子束焊接要控制焊接熱輸進(jìn)量，防止零件變形，根據零件的具體結構，有些情況下須采用非穿透焊接工藝，防止焊接過(guò)程中產(chǎn)生的飛濺物和焊瘤對發(fā)動(dòng)機的使用造成影響。

電子束焊接在其他組件制造中的應用

液壓作動(dòng)筒在發(fā)動(dòng)機上調節尾噴管的噴口大小，屬于發(fā)動(dòng)機上的關(guān)鍵件。在某機液壓作動(dòng)筒的制造過(guò)程中，活塞上裝有橡膠密封圈，采用電子束焊接將蓋和襯筒連接起來(lái)。由于液壓作動(dòng)筒壁厚較小，焊接過(guò)程中必須嚴格控制焊接變形，以確?；钊谕搀w中的自由往復運動(dòng)；焊接過(guò)程中，零件的溫升必須要小，保證焊接熱循環(huán)對活塞上的密封圈質(zhì)量無(wú)影響；另外，在保證有效焊接截面完全焊透的情況下筒體中無(wú)焊接飛濺物，這就必須從焊接接頭的設計上著(zhù)手解決。在液壓作動(dòng)筒的焊接過(guò)程中，必須選擇較小的焊接熱輸進(jìn)量，采用局部焊透工藝和用銅激冷塊帶走焊接熱量的方法。

發(fā)動(dòng)機傳動(dòng)齒輪制造中，采用電子束焊接方法，將齒輪環(huán)與齒輪軸焊接起來(lái)，解決了齒輪軸加工過(guò)程中插齒、磨齒的困難。齒輪軸焊接過(guò)程中，軸和齒環(huán)采用過(guò)盈裝配，氣孔是其焊縫中最易產(chǎn)生的缺陷，加大焊接襯底的厚度，并加開(kāi)放氣槽，將焊接產(chǎn)生的氣孔盡可能深地引進(jìn)襯底中，焊后機加工往除，能很好地解決氣孔缺陷。另外，應對焊接接頭背面的齒輪進(jìn)行保護，防止焊接殘余電子束的擊傷。用此方法焊接的某型機12Cr2N i4A材料的傳動(dòng)齒輪，焊縫質(zhì)量滿(mǎn)足驗收標準的要求，且焊后齒輪軸的尺寸和跳動(dòng)符合設計圖。

結束語(yǔ)

隨著(zhù)飛機發(fā)動(dòng)機科研生產(chǎn)的需要，西安航空發(fā)動(dòng)機公司近年引進(jìn)了3臺進(jìn)口數控高壓真空電子束焊機，真空室尺寸為1.5m3、5.5m3和36m3，同時(shí)對原有的一臺0.7m3的德國產(chǎn)電子束焊機進(jìn)行了大修改造。公司承擔著(zhù)繁重的飛機發(fā)動(dòng)機科研試制和批產(chǎn)任務(wù)，主要包括一、二、三級風(fēng)扇機匣、多種高低壓壓氣機轉子、高壓渦輪機匣、燃燒室機匣、火焰筒組件等大約180多種零件，涉及不銹鋼、高溫合金及鈦合金等很多材料，焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩定，滿(mǎn)足了部隊裝機需要，考核試驗未出現焊接質(zhì)量題目。先后攻克了鈦合金材料電子束焊接的氣孔題目，GH14材料焊后的裂紋題目等很多技術(shù)困難，焊接技術(shù)氣力雄厚，為今后我國大型軍民用飛機發(fā)動(dòng)機研制和批產(chǎn)打下了堅實(shí)的基礎。