某型發(fā)動機火焰筒擋塊修復技術(shù)研究

歐秀萍

摘要：針對某型發(fā)動機火焰筒擋塊磨損故障，從結(jié)構(gòu)、材料、使用性能、氬弧焊堆焊修理工藝等方面進行了分析研究，進行了多次驗證試驗，確定了修復方法——重新堆焊擋塊、修型、碰磨面涂抹硬質(zhì)合金提高堆焊擋塊耐磨性的修復方法，修復合格的火焰筒通過了360h長試考核。結(jié)果表明.采用氬弧焊堆焊擋塊、涂抹硬質(zhì)合金修復技術(shù)，降低了火焰筒的維修成本，提高了火焰筒的使用可靠性。

關(guān)鍵詞：火焰筒;擋塊;磨損;堆焊;硬質(zhì)合金

0引言

某型發(fā)動機火焰筒擋塊鑲嵌在薄壁件文氏管上，工作中擋塊磨損十分嚴重，故障率接近98%，按技術(shù)要求應采取更換擋塊的方法來排除該故障。但由于火焰筒結(jié)構(gòu)復雜，屬于整體焊接件，修理時拆卸的破壞性較高，更換擋塊的可操作性差。故針對火焰筒擋塊故障進行分析，研究得到可行的修復工藝技術(shù)：打磨故障擋塊凸出文氏管基體部分，重新堆焊后，采用專用工裝比對，再將擋塊修復到規(guī)定的角度和尺寸。

1火焰簡結(jié)構(gòu)

該型發(fā)動機火焰筒是環(huán)形火焰筒，是發(fā)動機燃燒室的重要熱端部件，由20個帶雙旋流器的頭部、整體機械加工的火焰筒內(nèi)壁和外壁、鈑料制造的進氣罩以及出口彈性支撐環(huán)組成，如圖1所示。

外進氣罩與火焰筒外壁的連接采用焊接結(jié)構(gòu);內(nèi)進氣罩與火焰筒內(nèi)壁采用螺紋連接結(jié)構(gòu)。通過螺栓將帶頭部的火焰筒外壁、火焰筒內(nèi)壁和內(nèi)進氣罩連接在一起，構(gòu)成了火焰筒組合件。

火焰筒每個頭部的進氣裝置由主渦流器、文氏管、徑向渦流器、套筒和擋濺盤組成。通過進氣裝置，在火焰筒頭部形成用來穩(wěn)定燃燒的渦流;進氣裝置與雙油路離心噴嘴組合，又構(gòu)成了燃油的空氣霧化系統(tǒng)，保證了良好的燃油霧化質(zhì)量。

2火焰筒故障分析

該型發(fā)動機火焰筒的主要故障形式是裂紋、燒蝕、變形、磨損等，但磨損故障出現(xiàn)的幾率較高，主要表現(xiàn)為擋塊磨損。

火焰筒頭部的主渦流器徑向和軸向是可以浮動的，這樣可以保證噴嘴的裝配以及補償熱膨脹引起的尺寸變化。主渦流器的浮動范圍主要靠焊接在文氏管上的擋塊和主渦流器壓板來限制。從高壓壓氣機出口經(jīng)燃燒室內(nèi)外機匣與火焰筒壁形成環(huán)形通道來的空氣在流經(jīng)火焰筒頭部時，其氣動力致使主渦流器循環(huán)浮動，主要限制主渦流器浮動范圍的擋塊在主渦流器防轉(zhuǎn)柄持續(xù)的撞擊力和摩擦力的作用下易出現(xiàn)磨損（見圖2），磨損的出現(xiàn)嚴重影響了火焰筒的使用壽命。由于擋塊所處的位置，無法按照技術(shù)要求采用更換擋塊的方法修復擋塊磨損故障，也不能采用常用的氬弧焊補焊的修復方法，但若更換火焰筒，修理成本將很高。故需要對火焰筒擋塊磨損故障進行研究，找到可行的、可操作的修復方法。

3火焰筒擋塊結(jié)構(gòu)模式及排故可操作性分析

火焰筒擋塊鑲嵌在薄壁件文氏管上，通過文氏管壁背面焊接固定，故擋塊與文氏管的焊接處被火焰筒外罩罩住，是不可視的。并且火焰筒外罩與火焰筒外壁是焊接一體的，如圖3所示。

3.1采用更換擋塊的方法

在不切割火焰筒外罩的情況下更換擋塊是不可操作的。因為擋塊與文氏管的焊接處被火焰筒外罩罩住，故采用打磨掉擋塊與文氏管的焊縫來取下故障擋塊是既不可視也不可操作的。

若先切割下火焰筒外罩再更換故障擋塊，卻是可操作的。但擋塊焊接在火焰筒帶頭部的外壁組件的文氏管上，火焰筒帶頭部的外壁組件屬于整體焊接件，拆卸困難，修理時拆卸的破壞性較高，并且組裝時應通過電子束焊才能保證火焰筒帶頭部的外壁組件的技術(shù)要求，但目前工廠還不具備此類設(shè)備和技術(shù)，且采購價格非常昂貴。故采取更換擋塊的修復方法排除擋塊磨損故障是不可操作的。

3.2采用補焊擋塊磨損處的方法

對采用氬弧焊補焊擋塊磨損處的修復方法進行了多次試驗。結(jié)果表明：補焊擋塊磨損處時若焊接電流大，會將原擋塊熔化掉;若焊接電流小，會造成擋塊根部焊不透，很難找到適宜的焊接參數(shù)。故采用補焊擋塊磨損處的修復方法也是不可行的。

3.3采用重新堆焊擋塊的方法

對采用重新堆焊擋塊的修復方法進行了多次試驗，結(jié)果表明：重新堆焊擋塊的方法是可行的。重新堆焊擋塊的修復方法是先打磨掉故障擋塊，在原位重新堆焊一個擋塊。但由于擋塊被火焰筒外罩罩住，在不損傷火焰筒外罩的條件下的焊接和打磨空間很小，給修理造成了很大的困難。且堆焊擋塊時易造成薄壁件文氏管變形，故必須采用專用工裝控制焊接變形;還必須采用專用工裝檢測重新堆焊的擋塊是否滿足規(guī)定的角度和尺寸以及文氏管是否變形，以確保擋塊修復后滿足技術(shù)要求;在修復后的擋塊壁上涂硬質(zhì)合金，同時在與擋塊壁接觸的主渦流器防轉(zhuǎn)柄上涂硬質(zhì)合金，既可保證重新堆焊的擋塊的耐磨性，又使主渦流器防轉(zhuǎn)柄與擋塊的硬度一致，避免硬度低的零件異常受損。

4主要修復過程

1）由于擋塊被內(nèi)外罩擋住，故先分解點焊固定的六角頭螺栓，將火焰筒分解成帶頭部的外壁組件、火焰筒內(nèi)環(huán)、內(nèi)罩狀態(tài)。

2）打磨掉主渦流器壓板與文氏管的氬弧焊焊點，不允許切入文氏管基體材料，取出主渦流器壓板與主渦流器。

3）打磨掉文氏管上的焊接殘余物。

4）打磨掉故障擋塊凸出文氏管基體的部分，將要堆焊的部位打磨成凹下坡形，并標出堆焊擋塊位置，再用航空洗滌汽油擦拭待焊處，去除油污。

5）在原擋塊位置堆焊擋塊，并采用專用工裝防止文氏管變形。

6）焊后打磨。采用專用工裝比對，將重新堆焊的擋塊修復到規(guī)定的角度和尺寸，角度、高度、厚度和長度分新老結(jié)構(gòu)，修理時應保持原臺結(jié)構(gòu)修理。只要與主渦流器防轉(zhuǎn)柄接觸的擋塊壁面修復后滿足規(guī)定的角度，允許重新堆焊的擋塊壁厚大于原壁厚。

7）著色探傷檢查擋塊堆焊處，不允許存在裂紋。

8）為了保證擋塊焊后的耐磨性，對擋塊母材和焊縫進行硬度比對試驗。擋塊材料GH605，選取焊絲HGH605;堆焊焊縫的HRB硬度值可達到母材的92%。為了保證修復后擋塊的耐磨性不低于原擋塊，故在堆焊后的擋塊壁涂硬質(zhì)合金。為了避免擋塊壁涂硬質(zhì)合金后，其硬度高于主渦流器防轉(zhuǎn)柄而產(chǎn)生異常受損，又在主渦流器防轉(zhuǎn)柄上涂硬質(zhì)合金。

9）涂硬質(zhì)合金后再裝上主渦流器，然后采用專用工裝定位焊接主渦流器壓板。焊后進行著色探傷檢查，焊接處不允許存在裂紋。

10）采用專用安裝夾具，用六角頭螺栓組裝帶頭部的外壁組件、火焰筒內(nèi)環(huán)、內(nèi)罩，再點焊固定六角頭螺栓，焊后進行著色探傷檢查，焊接處不允許存在裂紋。

11）將火焰筒組件裝到專用夾具上，按要求測量火焰筒組件的相關(guān)尺寸和跳動，尺寸和跳動必須滿足技術(shù)要求。

5結(jié)論

該型發(fā)動機火焰筒擋塊磨損故障的修復技術(shù)研究主要解決了下述四個問題。

1）解決了重新堆焊擋塊與文氏管基體的結(jié)合性問題。打磨掉故障擋塊凸出文氏管基體的部分，將要堆焊的部位打磨成凹下坡形，采用適合的焊接電流，保證重新堆焊的擋塊與文氏管基體充分結(jié)合，同一位置允許補焊不超過2次。

2）解決了重新堆焊擋塊時薄壁件文氏管變形問題。采用專用焊接夾具，防止文氏管變形。

3）解決了重新堆焊擋塊修復后滿足規(guī)定角度和尺寸要求問題。采用專用工裝比對，將重新堆焊的擋塊修復到規(guī)定的角度和尺寸要求。

4）解決了重新堆焊的擋塊與原擋塊的耐磨性等效問題。在修復后的擋塊壁上涂硬質(zhì)合金，并在與擋塊壁接觸的主渦流器防轉(zhuǎn)柄上也涂上硬質(zhì)合金，既保證了修復后的擋塊的耐磨性，也保證了主渦流器防轉(zhuǎn)柄與擋塊的硬度一致，避免了零件的異常受損。

采用該修復技術(shù)修復合格的火焰筒完成了360h長試考核，長試后分解檢查火焰筒擋塊和主渦流器防轉(zhuǎn)柄，未見異常。而長試前沒有超標的擋塊（即原臺擋塊）在長試后檢查發(fā)現(xiàn)磨損嚴重，有的擋塊甚至完全磨沒。

該修復技術(shù)可以用于后續(xù)該型發(fā)動機的修理，也可以推廣到其他機型的類似故障修理中。

由于該型發(fā)動機火焰筒擋塊磨損故障很高，后續(xù)設(shè)計部門對火焰筒主渦流器結(jié)構(gòu)進行了改進，增大了防轉(zhuǎn)柄的厚度，大大減少了火焰筒擋塊磨損故障。

6可維修性建議

該型發(fā)動機火焰筒擋塊焊接固定在文氏管上，位于外罩下方，被外罩罩住，維修空間小，可操作性差。建議改變擋塊在文氏管上的周向位置，將擋塊旋轉(zhuǎn)180。，如圖4所示，可以大大提高擋塊磨損故障的維修性。