钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具及控制方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具及控制方法。

背景技术

支柱固定机匣是航空发动机中涡轮支承机匣重要核心部件，处于高温高压复杂环境，承受大量机械、气动载荷。如图1所示，支柱固定机匣大量采用薄壁钛合金材料，经氩弧焊接制成。薄壁钛合金支柱固定机匣焊接过程极易产生变形，致使焊接尺寸控制困难，支柱固定机匣尺寸精度无法有效保证。因此有必要设计一种钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具从而控制焊接变形。

发明内容

本发明旨在提供一种钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具及控制方法，减少焊接对支柱固定机匣薄壁部位变形影响，提升支柱固定机匣质量，提升加工效率，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具，包括，

底盘，所述底盘的上端面设置有与支柱固定机匣大外径端安装边外圆匹配的第一止口；

钩形压板，所述钩形压板安装在底盘的上端面，多个钩形压板均布在底盘上端面的同一圆周上；

心轴，所述心轴安装在底盘上端面，心轴内设置有从其顶部延伸至周向表面的进气管道，进气管道的进气端位于芯轴顶部，进气管道的排气端位于芯轴周向表面；

座子，所述座子安装在底盘的上端面且与心轴同轴，座子表面开有通气槽，座子内部开有通气管道，通气管道的排气端与通气槽连通，通气管道的进气端位于座子顶部；

锥轴，所述锥轴安装在底盘上且与座子同轴并位于座子的外侧，锥轴周向外表面为锥面，锥轴上开设有贯穿自身周向内表面和周向外表面的通气孔，通气孔与座子的通气管道排气端连通；

顶盘，所述顶盘连接在心轴上且位于座子、锥轴上方，顶盘的下端面设置有与支柱固定机匣小外径端安装边外圆匹配的第二止口；

钩形螺栓，所述钩形螺栓安装在顶盘上，且多个钩形螺栓均布在顶盘下端面的同一圆周上；

空压胶管，所述空压胶管的两端分别连接座子顶部通气管道的进气端以及心轴中进气管道的排气端。

进一步，所述心轴与顶盘螺纹连接，且心轴为台阶轴，其中一个台阶面形成心轴与顶盘的定位面。

进一步，所述心轴通过定位衬套、加大垫圈及第三螺母将顶盘压紧在心轴的定位面上。

进一步，所述顶盘的周向外缘表面设置有手柄。

进一步，所述底盘、钩形压板、座子、心轴、顶盘、钩形螺栓的材料为45钢，所述锥轴的材料为H62黄铜。

一种钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制方法，采用前述变形控制装置，且包括：

通过底盘上的第一止口和顶盘上的第二止口共同对支柱固定机匣大外径端安装边以及小外径端安装边定位，保证支柱固定机匣的径向尺寸；

通过钩形压板压紧支柱固定机匣大外径端安装边、通过钩形螺栓压紧支柱固定机匣小外径端安装边、通过底盘、座子、顶盘共同对支柱固定机匣轴向尺寸进行限位，保证支柱固定机匣焊后尺寸精度。

一种钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制方法，采用前述变形控制装置，且包括以下步骤：

步骤一，从心轴上取下顶盘，然后将支柱固定机匣放入底盘，确保其大外径端安装边进入第一止口，再将顶盘装入心轴，确保支柱固定机匣的小外径端安装边进入第二止口，拧紧第三螺母，再分别压紧钩形压板和钩形螺栓；

步骤二，从心轴顶部的进气管道进气端通入保护气体，通过锥轴表面的通气孔向支柱固定机匣内腔中吹保护气体直到排空支柱固定机匣内腔中的空气；

步骤三，对支柱固定机匣实施焊接。

与现有技术相比，本发明的焊接变形控制夹具和控制方法具备以下优点：

(1)操作简单：只需拧紧顶盘上的钩形螺栓、底盘上的钩形压板、心轴顶部的螺母，便可完成对支柱固定机匣尺寸控制约束，进而控制薄壁部位焊接变形。

(2)提高了焊接质量及加工效率：通过使用夹具控制从而减少了支柱固定机匣的变形，提升了支柱固定机匣焊接质量；具有焊接背面气体保护装置，可在大气环境中焊接，减免真空箱的使用，提升了焊接加工效率，降低了成本。

附图说明

图1为支柱固定机匣剖面图；

图2为焊接变形控制夹具剖面图；

图中：1.底盘；2.钩形压板；3.座子；4.锥轴；5.密封垫；6.第一接嘴；7心轴；8.顶盘；9.钩形螺栓；10.垫圈；11.第二接嘴；12.空压胶管；13.第一螺母；14.螺柱；15.第一螺钉；16.第二螺钉；17.第一圆柱销；18.第二圆柱销；19.挡销；20.手柄；21.垫圈；22.第二螺母；23.定位衬套；24.加大垫圈；25.第三螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。

参见图2，钛合金薄壁支柱固定机匣焊接变形控制夹具主要由底盘1、钩形压板2、座子3、锥轴4、心轴7、顶盘8、钩形螺栓9、空压胶管12、定位衬套23和螺母25等组成。

心轴7下端由第二螺钉16固定于底盘1，使用时心轴7穿过支柱固定机匣的中心再与顶盘8通过定位衬套23、加大垫圈24及第三螺母25进行固定。

座子3通过第一圆柱销17与底盘1连接，其上部设置有第一接嘴6，第一接嘴6与心轴7周向表面的第三接嘴通过空压胶管12联通，第三接嘴插接在心轴7通气管道的排气端中，座子3下部开设有通气槽，通气槽与锥轴4上的通气孔相接，同构成焊缝氩气保护管路，保证支柱固定机匣焊缝质量。

顶盘8和底盘1上各自加工有对应支柱固定机匣两个不同外径安装边的止口，共同对支柱固定机匣两个外径不同的安装边(即支柱固定机匣轴向上、下安装边)定位，保证支柱固定机匣径向尺寸。

多块钩形压板2通过第一螺母13和螺柱14均布在底盘1的一个圆周上，同样的，钩形螺栓9通过垫圈21、挡销19、第二螺母22均布在顶盘8上的一个圆周上，底盘1、座子3、顶盘8和锥轴4共同对支柱固定机匣轴向尺寸进行限位，保证支柱固定机匣焊后尺寸精度。锥轴4的外锥面用于匹配支柱固定机匣的内型面。

底盘1、钩形压板2、座子3、心轴7、顶盘8、钩形螺栓9的材料为45钢，锥轴4材料为H62黄铜。

密封垫5与第一接嘴6配合使用，确保连接处的保护气体无泄漏。第二接嘴11插接在心轴7上端，用于连接外部的保护气体气源。空压胶管12连通心轴7和座子3中的保护气体。第二圆柱销18用于安装锥轴4。手柄20安装在顶盘8的外缘，方便对顶盘8进行操作。

变形控制夹具的具体操作步骤如下：

1、压紧支柱固定机匣：支柱固定机匣首先入变形控制夹具确保支柱固定机匣的安装边进入底盘1和顶盘8的止口内并紧贴，拧紧底盘1上的钩形压板2及顶盘8上的钩形螺栓9。接着拧紧心轴7上端的第三螺母25，使整个支柱固定机匣受力压紧固定。

2、通入氩气保护：心轴7上端第二接嘴11与外部管道相连后通入氩气气体。氩气由空压胶管12输入焊缝背面，待氩气排净支柱固定机匣内腔中空气后再施焊。

3、施工焊接:对焊缝进行焊接，待支柱固定机匣冷却至室温后再拆卸支柱固定机匣。

本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管具体实施方式中对本发明进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化在权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在本发明的保护范围内。