薄壁不銹鋼擴(kuò)壓器組件真空釬焊技術(shù)研究及應(yīng)用

■ 王斌 尚延濤 諶曲平 呂亮 龔燕娟 張潔 楊銀山 李科舉 許小虎 唐欣/ 中國(guó)航發(fā)南方

通過(guò)狹窄釬焊面改性技術(shù)、重新建立加料規(guī)范、開拓高溫預(yù)釬焊工藝、設(shè)計(jì)反向約束釬焊夾具等措施，可以有效解決擴(kuò)壓器組件真空釬焊生產(chǎn)中的釬縫滲漏、釬縫圓角偏大、通道高度超差以及變形較大等技術(shù)難題。

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)更新?lián)Q代，擴(kuò)壓器組件結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜且加工難度越來(lái)越大，加工質(zhì)量要求也越來(lái)越高。擴(kuò)壓器組件由擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓器蓋組成，擴(kuò)壓器的軸向葉片需穿過(guò)擴(kuò)壓器蓋上的葉型孔進(jìn)行真空釬焊連接。擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓器蓋均為薄壁件,基體材料為馬氏體不銹鋼,真空釬焊過(guò)程中極易產(chǎn)生較大變形。擴(kuò)壓器組件釬縫為“榫槽+角接”的T形接頭，既要保證角接釬縫焊合率及榫槽釬縫密封性,又要保證焊后流道內(nèi)釬縫圓角（R）在（0.45±0.25）mm范 圍,真空釬焊焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難度極大。對(duì)此，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在真空釬焊過(guò)程中通過(guò)調(diào)整工藝、控制釬料加料量、優(yōu)化工藝路線、改進(jìn)釬焊夾具等方式，保證了零件的真空釬焊質(zhì)量，并通過(guò)以上過(guò)程的系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)。

薄壁不銹鋼擴(kuò)壓器組件真空釬焊技術(shù)難點(diǎn)

釬縫局部滲漏

擴(kuò)壓器組件的數(shù)十條釬縫需1次同時(shí)釬焊成功，若存在1條釬縫滲漏，則需要整體進(jìn)爐補(bǔ)焊。在實(shí)際生產(chǎn)中，真空釬焊后易出現(xiàn)部分釬縫煤油滲漏檢查不合格，需要補(bǔ)焊，且存在多次補(bǔ)焊不合格現(xiàn)象。

釬縫圓角偏大

設(shè)計(jì)圖樣中對(duì)真空釬焊后釬縫圓角的尺寸要求比較嚴(yán)格，最大僅為0.7mm，真空釬焊后釬縫圓角偏大,達(dá)到1mm以上。

釬焊后零件平行度超差

設(shè)計(jì)圖要求零件最終流道處相對(duì)于A基準(zhǔn)的平行度為0.05，須在真空釬焊工序中得到控制，而真空釬焊后平行度達(dá)0.9以上，遠(yuǎn)超過(guò)此設(shè)計(jì)要求。

技術(shù)改進(jìn)總體思路

待焊處表面改性研究

擴(kuò)壓器蓋的葉型孔采用激光切割加工，在葉型孔表面有激光加工產(chǎn)生的再鑄層以及表面氧化現(xiàn)象，會(huì)影響釬料的潤(rùn)濕。因此，需使用打磨機(jī)打磨清理掉表面的再鑄層及氧化皮，但打磨機(jī)打磨去除量較大會(huì)造成局部釬焊間隙偏大，導(dǎo)致真空釬焊后滲漏檢查不合格。而將砂紙剪成條狀，穿入葉型孔中打磨，其去除余量較小，對(duì)釬縫間隙影響較小。因此，改用砂紙對(duì)葉型孔進(jìn)行打磨清理。

加料量控制研究

由于設(shè)計(jì)圖樣對(duì)真空釬焊后的釬縫圓角要求比較高，需對(duì)釬縫處進(jìn)行加料量控制。常用的兩種粘帶釬料的厚度分別為0.15mm和0.25mm。為了控制加料量，在葉片端面（流道內(nèi)）選用厚度為0.15mm的粘帶釬料，而在葉片伸出葉型孔部位的釬縫處（外表面）選用厚度為0.25mm的粘帶釬料并補(bǔ)充一定的膏狀釬料，以保證釬焊后形成滿足設(shè)計(jì)要求的釬縫圓角。

預(yù)釬焊工藝研究

在擴(kuò)壓器組件真空釬焊前增加單件預(yù)釬焊工藝，并使預(yù)釬焊溫度和真空釬焊熱循環(huán)溫度相當(dāng)，均設(shè)置為1030～1060℃。增加單件預(yù)釬焊，理論上有利于在高溫下充分釋放零件應(yīng)力，減小零件后續(xù)真空釬焊時(shí)的變形。

總工藝流程為單件粗加工、穩(wěn)定處理、單件預(yù)釬焊、單件精加工、組件真空釬焊、組件精加工。

改進(jìn)釬焊夾具

由于擴(kuò)壓器組件在真空釬焊加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形的情況，其中最大安裝邊處變形超過(guò)1mm，而所留的加工余量?jī)H為0.5mm，因此需對(duì)夾具進(jìn)行改進(jìn)以限制安裝邊的變形。采取夾具一部分與零件貼合，另一部分與零件留有一定間隙的方式，當(dāng)零件變形較大時(shí)，夾具留有間隙部位可限制零件向夾具方向變形。

實(shí)施情況

待釬焊面改性，實(shí)現(xiàn)滲漏檢查合格率提升

將砂紙剪成特定尺寸（寬為8～20mm）的條狀并沿著寬度方向?qū)φ?，穿入葉型孔，對(duì)待釬焊面進(jìn)行砂紙打磨處理，有利于釬料潤(rùn)濕、鋪展及填隙。采用砂紙打磨清理，可去除表面的再鑄層及氧化皮，將再鑄層去除而不會(huì)對(duì)釬縫間隙產(chǎn)生明顯影響。同時(shí)，葉型孔部位釬焊面粗糙度發(fā)生改變，真空釬焊時(shí)釬料的潤(rùn)濕、鋪展、填隙性能增強(qiáng)。真空釬焊后進(jìn)行煤油滲漏檢查，煤油滲漏檢查合格率明顯提升，一次釬焊煤油滲漏檢查合格率達(dá)85%以上。

建立釬料加料量新規(guī)范，實(shí)現(xiàn)加料量精確控制

在葉片端面及葉片伸出葉型孔部位對(duì)粘帶釬料及膏狀釬料加料量進(jìn)行研究，以保證釬縫的焊合率、密封性和釬縫圓角。先在葉片端面貼一層厚度為0.15mm的粘帶釬料，釬料由葉片端面向葉身延伸約1mm。將兩個(gè)單件組合后，沿著伸出葉型孔葉片的葉片型面，寬出葉型面約4mm剪取厚度為0.25mm的粘帶釬料，并粘貼在待焊處，再在粘帶釬料上填加直徑約為0.8mm粗的膏狀釬料。

增加單件預(yù)釬焊工藝，降低加工應(yīng)力，減小釬焊件變形

對(duì)擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓器蓋均增加預(yù)釬焊工藝。兩個(gè)單件所有表面留1.5mm的加工余量，在擴(kuò)壓器組件真空釬焊前進(jìn)行單件預(yù)釬焊工藝。預(yù)釬焊工藝采用和真空釬焊熱循環(huán)一致的熱循環(huán)工藝參數(shù)。在1030～1060℃的高溫下，機(jī)加應(yīng)力充分釋放。預(yù)釬焊后，再加工去除1mm的余量。生產(chǎn)實(shí)踐表明單件增加預(yù)釬焊可有效降低擴(kuò)壓器組件真空釬焊的變形。

增加釬焊夾具預(yù)先防范功能，減小釬焊件變形

將夾具改進(jìn)前后進(jìn)行對(duì)比，如圖1和圖2所示，改進(jìn)前零件的懸臂部分因零件剛性較差釬焊過(guò)程中極易產(chǎn)生較大變形；改進(jìn)后夾具一部分與零件貼合，另一部分與零件之間留有0.1mm的間隙，可控制夾具內(nèi)圓處始終與零件接觸，當(dāng)零件變形較大時(shí)，夾具外圓可限制零件向夾具方向變形。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，改進(jìn)后的夾具可有效保證零件安裝邊最終的變形量控制在0.25mm以內(nèi)，其加工余量為1mm，有效降低擴(kuò)壓器組件真空釬焊變形。

圖1 夾具改進(jìn)前零件裝夾示意

圖2 夾具改進(jìn)后零件裝夾示意

結(jié)束語(yǔ)

采用新工藝進(jìn)行擴(kuò)壓器組件試制生產(chǎn)，零件釬縫外觀和通道高度滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。此外，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)零件進(jìn)行檢查，其中煤油滲漏檢查無(wú)滲漏，釬縫圓角控制在0.25～0.65mm，滿足設(shè)計(jì)要求。零件真空釬焊變形控制在平行度0.2的范圍內(nèi)，零件合格交檢，合格率達(dá)100%。零件一次性釬焊合格率由32.3%提升至87.5%；廢品率由11.8%降為0；加工周期縮短40.8%以上。相關(guān)技術(shù)方案可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。