一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，包括以下步骤，步骤1，依据3D打印机匣的连接段结构，采用电子束焊为主，激光熔覆为辅的焊接方式；步骤2，去除各个3D打印机匣连接段中纵向电子束焊缝部位的外部加强筋；步骤3，采用电子束焊对各个3D打印机匣连接段焊接纵向焊缝；步骤4，激光熔覆修复步骤2中去除的外部加强筋；步骤5，复合连接3D打印机匣的第五连接段，完成3D打印机匣的复合连接。通过采用以电子束为主，激光熔覆为辅的复合连接工艺，最大程度减小焊接变形。主要纵向焊缝选择电子束焊接，其余电子束焊接不可达的部位采用激光熔覆焊接，并且电子束焊接工艺无需加工坡口，可以有效提升焊接效率。可以有效提升焊接效率。可以有效提升焊接效率。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法


[0001]本专利技术属于航空发动机非回转类机匣制造领域，具体属于一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法。

技术介绍

[0002]圆转方机匣是某型航空发动机喷口的主要承力、承压件，其外廓尺寸相对较大(1140mm)，材料为GH4169。进气口呈圆形，排气口呈矩形，为薄壁非回转类异形曲面机匣。排气口相对进气口存在较大的向下偏心量，形成曲率变化很大的内流道曲面形状。为了保证机匣具有足够的强度和刚性，壳体外型面上增设了许多纵横交错、深浅不一的“米”字形加强筋，使壳体结构变得极为复杂，属于大尺寸非回转类机匣范畴，其毛坯成型和加工方法均完全不同于典型传统的机匣制造工艺，没有可借鉴的成熟加工经验，技术难度极大。
[0003]在机匣毛坯制造方面，可供选择的工艺有铸造、锻造、3D打印。若采用铸造工艺，存在问题为：铸造冶金缺陷控制难度大，大量疏松、气孔、未融合甚至是目视可见的孔洞导致大量基体部位需要补焊，铸件补焊修复难度大，且大量部位补焊造成毛坯变形严重；若采用锻件工艺，整体锻造难度太大，采用扇形锻造结合焊接的加工工艺，存在问题为：由于外型面过于复杂，除了连接凸台，还分布着纵横交错的“米”字形加强筋，加之内流道曲率变化很大，机匣内外型面均需加工造成加工余量大，周期长，无法满足型号研制的周期要求；若采用铺粉3D打印工艺，整体打印工艺最为简单，但由于零件尺寸太大，目前还没有能够实现整体打印的设备。
[0004]基于对零件的结构分析，兼顾项目的研制周期以及设备等因素，制定了铺粉3D打印扇形段机匣并结合焊接成型的毛坯制备方法，机匣外型面的加强筋以及安装座直接成型，该工艺方法仅需加工内流道型面和安装座的安装表面，无需加工复杂外型面，加工效率可大幅提升。
[0005]GH4169材料的3D打印扇形段圆转方机匣的连接属于新结构、新工艺，没有可供参考的成熟方法，因此需要研究一种可行、高效、经济的连接方法。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，用于解决上述问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，包括以下步骤，
[0009]步骤1，依据3D打印机匣的连接段结构，采用电子束焊为主，激光熔覆为辅的焊接方式；
[0010]步骤2，去除各个3D打印机匣连接段中纵向电子束焊缝部位的外部加强筋；
[0011]步骤3，采用电子束焊对各个3D打印机匣连接段焊接纵向焊缝；
[0012]步骤4，激光熔覆修复步骤2中去除的外部加强筋；
[0013]步骤5，复合连接3D打印机匣的第五连接段，完成3D打印机匣的复合连接。
[0014]优选的，步骤1中，3D打印机匣中连接段结构的厚度范围为2～10mm。
[0015]优选的，步骤1中3D打印机匣的连接段中纵向焊缝选择电子束焊接，其余电子束焊接不可达的部位采用激光熔覆焊接。
[0016]优选的，步骤2中，采用铣加工去除纵向电子束焊缝部位的外部加强筋，使得电子束焊接部位的厚度相等。
[0017]进一步的，步骤3中，采用电子束焊对厚度相等的各个3D打印机匣连接段焊接部位焊接四道纵向焊缝。
[0018]优选的，步骤4中，3D打印机匣的第五连接段为非扇形段结构，焊缝包括一条长焊缝和三条短焊缝，长焊缝采用电子束焊，三条短焊缝采用激光熔覆。
[0019]优选的，对完成复合连接的3D打印机匣所有焊缝部位进行X光检测。
[0020]优选的，对完成复合连接的3D打印机匣对所有焊缝部位进行荧光检测。
[0021]优选的，3D打印机匣的连接段采用铺粉3D打印形成。
[0022]优选的，3D打印机匣的材料为镍基高温合金GH4169。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0024]本专利技术提供一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，通过采用以电子束为主，激光熔覆为辅的复合连接工艺，最大程度减小焊接变形。主要纵向焊缝选择电子束焊接，其余电子束焊接不可达的部位采用激光熔覆焊接，并且电子束焊接工艺无需加工坡口，可以有效提升焊接效率。该工艺方法可以有效解决大尺寸3D打印机匣的连接问题，也为其他联接部位结构复杂的零件工艺方法提供了一种全新的思路。
[0025]进一步的，通过采用铣加工去除纵向电子束焊缝部位的外部加强筋，使得电子束焊接部位的厚度相等，避免电子束焊无法一次实现变壁厚的零件焊接。
[0026]进一步的，对所有焊缝部位进行X光检测，对焊缝的内部质量进行检测，避免出现裂纹等影响焊接质量。
[0027]进一步的，对所有焊缝部位进行荧光检测，对焊缝的表面进行检测，避免影响焊接质量。
附图说明
[0028]图1为圆转方机匣结构示意图；
[0029]图2为去除加强筋进行电子束焊接示意图；
[0030]图3为电子束焊缝分布俯视图；
[0031]图4为激光熔覆填补加强筋示意图；
[0032]图5为第五段焊接方案。
具体实施方式
[0033]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0034]一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，以某型发动机的圆转方机匣为例，其包括以下步骤：
[0035](1)连接方案制定
[0036]在焊接方式的选择方面，电子束焊接具有变形小、效率高、焊接质量好的特点、适合零件厚度在2～10mm。激光熔覆适合异型结构焊缝联接，热输入量小的特点。根据某圆转方机匣焊接厚度较大(5mm)且结构特别复杂的特点，采用电子束焊接和激光熔覆相结合的复合连接方案。
[0037]考虑铺粉3D打印扇形段机匣已经产生了一定程度的变形，焊接过程会继续叠加变形，因此焊接方法的选择需充分考虑变形因素。对比两种焊接方法，在焊接变形方面，电子束焊接产生的变形较小，电子束焊接优于激光熔覆。在焊接效率方面，激光熔覆需要开坡口，且熔覆过程效率低，电子束焊接优于激光熔覆焊。因此扇形段机匣的主要纵向焊缝选择电子束焊接，其余电子束焊接不可达的部位采用激光熔覆焊接。即以电子束焊为主激光熔覆为辅的焊接方案。
[0038](2)去除纵向电子束焊缝部位的外部加强筋
[0039]由于圆转方机匣壳体外型面上布满了许多纵横交错、深浅不一的加强筋，电子束焊无法一次实现变壁厚(壁厚差异太大)的零件焊接，因此电子束焊接前，先铣加工去除焊缝部位的加强筋，使电子束焊接部位厚度基本一致，具体见图2。
[0040](3)电子束焊接纵向焊缝
[0041]采用电子束焊接圆转方机匣的四道纵向焊缝。具体见图3。
[0042](4)激光熔覆修复加强筋
[0043]使用激光熔覆工艺将机匣外表面电子束焊前被去除掉的加强筋重新修复起来。具体见图4。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤1，依据3D打印机匣的连接段结构，采用电子束焊为主，激光熔覆为辅的焊接方式；步骤2，去除各个3D打印机匣连接段中纵向电子束焊缝部位的外部加强筋；步骤3，采用电子束焊对各个3D打印机匣连接段焊接纵向焊缝；步骤4，激光熔覆修复步骤2中去除的外部加强筋；步骤5，复合连接3D打印机匣的第五连接段，完成3D打印机匣的复合连接。2.根据权利要求1所述的一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，其特征在于，步骤1中，3D打印机匣中连接段结构的厚度范围为2～10mm。3.根据权利要求1所述的一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，其特征在于，步骤1中3D打印机匣的连接段中纵向焊缝选择电子束焊接，其余电子束焊接不可达的部位采用激光熔覆焊接。4.根据权利要求1所述的一种大尺寸圆转方3D打印机匣的复合连接方法，其特征在于，步骤2中，采用铣加工去除纵向电子束焊缝部位的外部加强筋，使得电子束焊接部位的厚度相等。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：党文哲，陈燕，乔振华，李新孝，杨宗翰，刘海滨，冯永龙，景理，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：