涡轮导向器壳体焊接定形装置及其焊接定型方法

技术领域

本发明涉及发动机涡轮导向器壳体焊接领域，具体涉及涡轮导向器壳体焊接定形装置及其焊接定型方法。

背景技术

某型直升机发动机涡轮导向器为多层薄壁件焊接组合而成，其壳体由前安装边、后安装边及导向器外套组合而成，其材质均为1Cr18Ni9Ti。导向器外套壁厚为1mm，外径尺寸为Φ190mm，且为开口结构，前安装边与后安装边直径及安装边厚度最大均为2mm。导向器壳体为薄壁件，其焊接过程和焊后热处理均会产生严重变形。

因此，现提出一种涡轮导向器壳体焊接定形装置，在发动机涡轮导向器外层壳体焊接时，对前安装边、导向器外壳、后安装边进行定位，确保焊后尺寸，利于防止焊接变形，以确保焊后尺寸符合图纸规定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供某型直升机发动机涡轮导向器壳体焊接定形装置及其焊接定型方法，在发动机涡轮导向器外层壳体焊接时，对前安装边、导向器外壳、后安装边进行定位，确保焊后尺寸，同时可便于后续采用焊后热处理工艺以消除焊接应力，改善焊缝组织和综合性能，稳定导向器壳体外形尺寸，确保导向器壳体在焊接、热处理后，尺寸符合图纸规定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

涡轮导向器壳体焊接定形装置，用于焊接前安装边、导向器外壳、后安装边，包括径向定位组件，轴向定位组件；所述轴向组件包括转轴以及转动套装在转轴上的两个定位盘，焊接前安装边、后安装边可分别对应卡入两个定位盘内侧面，并经由定位盘相对套装在转轴上；所述径向定位组件包括定位内套、定位外套；导向器外壳经定位内套、定位外套夹持形成呈圆弧片状的壳体结构以实现对导向器外壳的径向定位；

焊接时，定位内套、定位外套穿套在转轴上，并位于前安装边、后安装边之间，以使得导向器外壳两端分别与前安装边、后安装边对应相接；所述定位外套上设有缺口，前安装边与导向器外壳的接合处，导向器外壳与后安装边的接合处均可从缺口处部分露出。

焊接前，前安装边、导向器外壳、后安装边三个零件相互间无装配定位机构，本方案通过定位盘、径向定位组件、轴向限位螺母等零件对前安装边、导向器外壳、后安装边间的相对位置进行限定，故本方案的焊接工艺可定为，先利用本方案工装，将前安装边、导向器外壳、后安装边壳体三个组成零件点焊，固定其外形尺寸后，再对其进行整体焊接制造。

在整体焊接时，利用转轴的转动设计形成旋转机构，使装置在焊接过程中旋转，直至满圏焊接完成。

在本方案的一种优选实施例中，所述的焊接定形装置还包括包括底板，安装在底板上的两个支撑块，转轴两端可拆卸的转动安装在两支撑块的顶部；转轴一端穿出相对应的支撑块后设有转轴手轮；转轴与转轴手轮为可拆卸式连接。便于在焊接过程中手动转动转轴，进而便于焊接过程中手动转动前安装边、导向器外壳、后安装边构成的整体结构。

在本方案的一种优选实施例中，所述的转轴中部设有台阶轴，台阶轴的宽度与导向器外壳宽度相适配；台阶轴两侧还设有螺纹段，螺纹段螺纹配合有轴向限位螺母，焊接时，两定位盘可套装在台阶轴两侧，并经轴向限位螺母向转轴中部施加压力，以使得前安装边、导向器外壳、后安装边相接触。

在本方案的一种优选实施例中，所述的定位外套包括左定位板，右定位板；所述左定位板、右定位板相对螺装在左右螺杆上，左右螺杆安装底板上，且左右螺杆两侧螺纹方向相反以用于驱动左定位板、右定位板相对或相背运动；左定位板、右定位板相对面上各设有一弧形部，当左定位板、右定位板相对移动直至左定位板、右定位板接触时，两弧形部形成一带顶部缺口的圆环结构。

在本方案的一种优选实施例中，所述的左右螺杆的一端设有螺杆手轮。便于手动操作。

在本方案的一种优选实施例中，所述的底板上还设有滑轨，左定位板底部、右定位板底部分别对应滑轨设有限位块。通过滑轨和限位块的配合，实现在左右螺杆转动过程中，左定位板、右定位板的相对或相背运动。

在本方案的一种优选实施例中，所述的支撑块顶部开设有半孔以用于支持转轴端部；支撑块顶部还设有转轴压块，所述转轴压块其一端铰接在半孔的一侧，其另一端经转轴压紧螺套、插销锁紧安装在半孔的另一侧。

本方案还提供一种应用上述涡轮导向器壳体焊接定形装置的焊接定型方法，所述的焊接定型方法包括以下步骤：

S0、组装涡轮导向器壳体焊接定形装置，组装完成使得缺口处有部分导向器外壳可见；

S1、对露出缺口处的导向器壳体进行点焊；

S2、转动转轴，将转轴连带导向器壳体整体转动一定角度后，再对露出缺口处的导向器壳体进行点焊；

S3、重复进行上述操作，直至导向器外壳的前、后安装边整圏点焊完成；

S4、整圏点焊完成后，旋转螺杆手轮，左定位板、右定位板同时向转轴轴向外侧移动，左定位板、右定位板不退出前安装边、后安装边内侧端面，左定位板、右定位板径向距导向器外壳-mm即可；

S5、在左定位板、右定位板的顶部缺口处焊接前安装边与导向器外壳接合位置，焊接同时，转动转轴手轮，利用转轴将导向器转动一圏后，完成前安装边与导向器外壳的焊接；随后按此操作，完成后安装边与导向器外壳接合处焊接。

在本方案的一种优选实施例中，所述的焊接定型方法在步骤S5之后还包括步骤S6：

S6、焊接完成后，旋转转轴手轮，左定位板、右定位板同时向转轴轴向移动，收拢左定位板、右定位板，直至其接触导向器外壳外壁，此时导向器外壳轴向由两定位盘夹紧，导向器壳体内外圆由左右定位板和定位内套夹紧，导向器外壳外形均由本焊接定形装置控制；此后将导向器外壳连同本焊接定形装置一起，放入高温炉进行热处理，以消除焊接应力。

本发明的有益效果是：

(1)本方案通过转轴、定位盘、轴向限位螺母等零件构成的轴向定位组件，以及定位内套、定位外套构成的径向定位组件对某型直升机发动机涡轮导向器壳体的位置进行限制，实现前安装边、导向器外壳、后安装边三个工件间的焊接定位；

同时，本方案是通过定位内套、定位外套对导向器外壳的内外表面贴合夹持以实现径向定位；

且径向定位组件在控制导向器外壳圆周尺寸的同时无需锁紧，通过转动转轴可带动工件的转动，以将待焊接处逐步转动至径向定位组件的顶部缺口处，在该缺口处即可进行工件圆周上的各处焊接；

因此，本方案能对前安装边、导向器外壳、后安装边进行准确定位，解决某型直升机发动机涡轮导向器壳体在焊接制造时外形定形的问题；

此外，转轴转动架设在支撑块上，转轴的一端设有转轴手轮，在将前安装边、导向器外壳、后安装边三个工件初步焊接连接后，本方案可通过手摇的方式转动转轴，即可带动导向器壳体的转动；

而通过转轴逐步转动，实现焊接的方式，具体可设计为先点焊再满焊，即先第一次逐步转动转轴，转动的过程中进行点焊确定导向器壳体外形，再进行第二次逐步转动转轴，实现满焊，从而本方案能有利于避免焊接时过程中，变形严重的问题，确保焊后尺寸符合图纸规定；

(2)本方案中，转轴可拆卸的安装在支撑块上，焊接后可将转轴和转轴上的工件可整体放入高温炉进行热处理，以消除焊接应力，改善焊缝组织和综合性能，稳定导向器壳体外形尺寸，从而本方案可确保导向器壳体在焊接、热处理后，尺寸符合图纸规定。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是本发明的剖面图示意图；

图3是本发明焊接的产品示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

需说明的是，由于导向器壳体为薄壁件，其焊接过程和焊后热处理均会产生严重变形，如何保证导向器壳体焊后尺寸和控制其变形在图纸规定范围内为设计时考虑的重点。为此，本方案进行了如下设计。

如图1～图3所示，某型直升机发动机涡轮导向器壳体焊接定形装置包括包括底板1，两个支撑块2，外壳体定位机构；该外壳体定位机构包括径向定位组件和轴向定位组件。

导向器外套壁厚为1mm，外径尺寸为Φ190mm，且为开口结构，前安装边a与后安装边c直径及导向器外壳b厚度最大均为2mm；焊接时，前安装边a、后安装边c未钻孔，故其径向无方向性，不需控制圆周方向；而导向器外壳b为开口结构，需对其内外径圆周进行定位，因此，本方案设计径向定位组件以控制其圆周尺寸；同时，本方案设计轴向定位组件控制导向器外壳b整体轴向尺寸。

具体的，轴向组件包括转轴3，以及可相对套装在转轴3上的两个定位盘5，径向定位组件包括定位内套4、定位外套。

其中，定位盘5内侧面设有与前安装边a外轮廓或后安装边c外轮廓相适配的环形凹槽；转轴3两端可拆卸的转动安装在两支撑块2的顶部，转轴3中部设有台阶轴301，且台阶轴301的宽度与导向器外壳b宽度相适配；前安装边a、后安装边c可分别对应安装于两定位盘5的内侧环形凹槽内，并经定位盘5套装在转轴3上。导向器外壳b套装在定位内套4、定位外套之间，定位内套4与定位外套相配合以形成对导向器外壳b的径向定位；焊接时，定位内套4、定位外套穿套在转轴3上，并位于前安装边a、后安装边c之间。

同时，本实施例中，台阶轴301两侧还设有螺纹段302，螺纹段302螺纹配合有轴向限位螺母7，两定位盘5可套装在台阶轴301两侧，并经轴向限位螺母7向转轴3中部施加压力，以使得导向器外壳b两端分别与前安装边a、后安装边c对应相接，实现轴向定位。

进一步地，本实施例中，定位外套上设有缺口，前安装边a、导向器外壳b间的待焊接位置，和导向器外壳b、后安装边c间的待焊接位置均可从缺口处部分露出，以便于于缺口处进行焊接操作。

焊接时，导向器壳体需按图3所示位置圆周焊接整圏；导向器外壳b为薄壁件，焊后还需对其进行热处理，以稳定其焊后状态。

进一步地，本方案中，外壳体定位机构包括左定位板601，右定位板602；左定位板601、右定位板602相对螺装在左右螺杆8上，左右螺杆8安装底板1上，且左右螺杆8两侧螺纹方向相反以用于驱动左定位板601、右定位板602相对或相背运动；左定位板601、右定位板602相对面上各设有一弧形部，当左定位板601、右定位板602相对移动直至左定位板601、右定位板602接触时，两弧形部形成一带缺口的圆形结构。

可选的，本实施例中，外壳体定位机构还包括滑轨16，左定位板601底部、右定位板602底部分别对应滑轨16设有限位块，从而转动左右螺杆8时，左定位板601、右定位板602可沿滑轨16相对或相背运动。

参考图1所示，本方案中，左右螺杆8一端设有螺杆手轮13以驱动左定位板601、右定位板602的相对或相背运动；转轴3一端设有转轴手轮14通过转轴手轮14可手动转动转轴3，以便于转动导向器壳体进行点焊和满焊。

本实施例中，焊接定形装置还包括转轴压块10、转轴压紧螺套9；两安装支撑块2顶部分别开设有一半孔以用于支持转轴3两端；转轴压块10的一端铰接在半孔的一侧，转轴压块10的另一端经转轴压紧螺套11、插销12锁紧安装在半孔的另一侧，转轴压块10的设计，能便于向上取出导向器壳整体后进行焊后热处理。

本实施例的操作说明：

焊接前，先取下转轴3，转向上单边装入轴向限位螺母7及一定位盘5，旋转轴向限位螺母7压紧于转轴3台阶轴301的一端面上；转轴3上再依次装入前安装边a、导向器外壳b、后安装边c，导向器外壳b内孔中装入定位内套4；

然后转轴3上的后安装边c端头再依次装入另一定位盘5和另一轴向限位螺母7，转动该轴向限位螺母7，将导向器外壳b组件压住(注意，此时前安装边a、后安装边c的止口已装入导向器外壳b外径，但三者间不能压，有一定间隙，可进行调整)；此时，将转轴3(连同装在其上的各零件一起)放入两端支撑块2的半孔内，转动左右螺杆8上的螺杆手轮13，左定位板601、右定位板602同时向转轴3轴向移动，调整转轴3位置，使左定位板601、右定位板602进入导向器外壳b前、后安装边的中间位置；转动左右螺杆8上的螺杆手轮13直至左定位板601、右定位板602中间接触，无法移动为止，此时左定位板601、右定位板602形成一带缺口的圆，导向器外壳b在左定位板601、右定位板602形成的圆内，因导向器外壳b为开口结构，由装置上左定位板601、右定位板602和定位内套4将其径向夹紧，确定其内、外环尺寸；

然后，旋转后安装边c端轴向限位螺母7，将导向器外壳b压紧；导向器外壳b轴向尺寸由转轴3上台阶轴301限制尺寸，轴向限位螺母7压紧后确定，放下转轴压块10，拧紧转轴压紧螺套11，完成发动机涡轮导向器外壳b的焊接定形装置装配；此时，导向器外壳b外形只有左定位板601、右定位板602上端开口处(即圆形缺口处)可见，随后开始对露出左定位板601、右定位板602上端开口处导向器壳体进行点焊；在此露出位置的前安装边a、后安装边c与导向器外壳b连接点焊两点后，转动转轴手轮14，将转轴3连带导向器整体转动一定角度后，再对露出左定位板601、右定位板602上端开口处导向器壳体进行点焊；

重复进行上述操作，直至导向器外壳b前、后安装边整圏点焊完成；

点焊完成后，旋转螺杆手轮13，左定位板601、右定位板602同时向转轴3轴向外侧移动，左定位板601、右定位板602不退出前安装边a、后安装边c内侧端面，左定位板601、右定位板602径向距导向器外壳3-4mm即可，随后在左定位板601、右定位板602开口处焊接前安装边a与导向器外壳b接合位置，焊接同时，转动转轴手轮，利用转轴3将导向器转动一圏后，完成前安装边a与导向器外壳b的焊接；随后按此操作，完成后安装边c与导向器外壳b接合处焊接；

焊接完成后，旋转转轴手轮14，左定位板601、右定位板602同时向转轴3轴向移动，收拢左定位板601、右定位板602，直至其接触导向器外壳b外壁，此时导向器外壳b轴向由两定位盘5夹紧，壳体内外圆由左右定位板602和定位内套4夹紧，导向器外壳b外形均由本焊接定形装置控制；此后将导向器外壳b连同本焊接定形装置一起，放入高温炉进行热处理，以消除焊接应力，改善焊缝组织和综合性能，同时，由本装置限制焊后尺寸，使导向器外壳b在热处理后，尺寸符合图纸规定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。