一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装制造技术

本发明专利技术提供了一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装，其能够在用于摩擦焊接压气机鼓筒盘时，不仅能够保证工件同轴度，而且能在摩擦焊接过程中提供弹性约束，减少焊接时因刚性约束产生过大的应力导致鼓筒盘变形或者磨损，同时还能对压气机鼓筒盘提供弹性约束。其包括固定端工装和旋转端工装，固定端工装包括筒形调整块、滚轮套环、套筒一、弹性夹套；弹性夹套的端部抵接有环形的锥套一，锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒一外壁的锥面相贴合；旋转端工装包括套筒二；套筒二内安装有环形的锥套二，锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒二的外壁的锥面相贴合；旋转端工装还包括盘心变形约束装置。端工装还包括盘心变形约束装置。端工装还包括盘心变形约束装置。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装


[0001]本专利技术涉及摩擦焊接
，具体为一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装。

技术介绍

[0002]惯性摩擦焊接工艺是这样一种固态连接方法，它能够满足飞机发动机转子鼓筒的所有技术和经济指标要求，是一种理想、可靠的连接方法，且随着新型材料的应用，相比传统熔焊工艺，其优势更加明显。西方先进工业国对摩擦焊接工艺的发展与应用给予极大的重视，不惜投入巨资进行研发。有专家预计，随着发动机设计对性能提升、减重及降低成本的追求，发动机大多数盘环转动部件会采用惯性摩擦焊接的连接工艺，惯性摩擦焊将成为发动机承力转动部件的主导焊接工艺。
[0003]压气机鼓筒主要材料为高温合金GH4169，其由多个鼓筒盘焊接在一起形成，其在650℃屈服强度可达1000MPa以上，惯性摩擦焊接时，先将待焊接的鼓筒盘分别装在固定端工装和旋转端工装中，然后旋转端带动其内的鼓筒盘旋转，固定端带动其内的鼓筒盘移动，直到二者相接触后通过摩擦，产生热量，在顶锻力的作用下，使鼓筒盘焊接在一起。举例来说，如图1、图2所示，其是9级鼓筒盘a和8级鼓筒盘b焊接在一起的示意图及其剖视图，其中A处为9级鼓筒盘a和8级鼓筒盘b的焊接位置，作为鼓筒端部的9级鼓筒盘其具有阶梯状的轮廓，焊接时先将9级鼓筒盘固定在固定端、将8级鼓筒盘固定在旋转端，焊接完成后会将呈一体的8
‑
9级鼓筒盘固定在固定端、将7级鼓筒盘固定在旋转端继续摩擦焊接操作。
[0004]在实际加工中，不仅需要保证固定在旋转端工装中的鼓筒盘和固定在固定端工装中的鼓筒盘满足同轴度要求，同时由于焊接试件从一百多转每分到停车完成焊接仅数秒，会产生极大的扭矩，此时如果采用的是刚性约束直接将鼓筒盘装夹在焊接工装中，会有可能导致盘心产生较大变形或者磨损；而且，在高达上百吨的焊接顶锻力下，会产生较大的焊接应力，在惯性摩擦焊接后压气机鼓筒盘会产生盘心变形，即圆筒状的压气机鼓筒盘盘心会朝向压气机鼓筒盘的轴向弯曲变形，截面呈“八”字状，变形越严重越难以修整，甚至会导致工件报废。

技术实现思路

[0005]针对在摩擦焊接压气机鼓筒盘时需要保证工装同轴度，采用刚性约束装夹鼓筒盘可能导致盘心产生较大变形或者磨损以及在惯性摩擦焊顶锻力作用下，焊后压气机鼓筒盘会发生变形的问题，本专利技术提供了一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装，其能够在用于摩擦焊接压气机鼓筒盘时，不仅能够保证工件同轴度，而且能在摩擦焊接过程中提供弹性约束，减少焊接时因刚性约束产生过大的应力导致鼓筒盘变形或者磨损，同时还能对压气机鼓筒盘提供弹性约束，以达到降低盘心变形的效果。
[0006]其技术方案是这样的：一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装，其包括固定端工装和旋转端工装，其特征在于：所述固定端工装包括筒形调整块，所述筒形调整块的
端部连接有滚轮套环，所述滚轮套环的圆心与固定端的鼓筒盘的圆心位于同一轴线上，所述筒形调整块的内壁固定连接有套筒一，所述套筒一内安装有环形的弹性夹套，所述弹性夹套用于装夹位于固定端的鼓筒盘，所述弹性夹套的前端沿圆周方向均匀设有多个贯穿至弹性夹套后端的通孔，每个所述通孔与收缩缝的一端连接，所述收缩缝沿所述弹性夹套半径方向延伸，所述收缩缝的另一端延伸至所述弹性夹套的外壁或者内壁；所述弹性夹套的端部抵接有环形的锥套一，所述锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒一外壁的锥面相贴合，弹性套筒一外壁的锥面外径随着远离焊接面的方向逐渐减小，所述弹性套筒一具有向内收缩或者向外扩张的弹性部一，所述弹性部一压覆在位于压气机鼓筒端部的阶梯状鼓筒盘的外周且抵住其端部，所述固定端工装还包括位于鼓筒盘中间的盘心辅助支撑装置；所述旋转端工装包括套筒二，所述套筒二的圆心与旋转端的鼓筒盘的圆心位于同一轴线上，当旋转端的鼓筒盘与固定端的鼓筒盘接触时，所述套筒二位于所述滚轮套环内并且所述滚轮套环的圆心与所述套筒二的圆心位于同一轴线上；所述套筒二内安装有环形的锥套二，所述锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒二的外壁的锥面相贴合，弹性套筒二外壁的锥面外径随着远离焊接面的方向逐渐减小，所述弹性套筒二具有向内收缩或者向外扩张的弹性部二，所述弹性部二压覆在鼓筒盘的外周；所述旋转端工装还包括盘心变形约束装置，所述盘心变形约束装置包括支承块和挡位块，所述支承块上安装有弹簧，所述挡位块的一端与所述弹簧接触，另一端用于与旋转端的鼓筒盘的盘心贴合，当所述压气机鼓筒盘未受顶锻力时，所述挡位块和所述支承块之间设有弹性间隙，所述压气机鼓筒盘在受到顶锻力时，所述挡位块能够在弹性间隙行程内提供弹性支撑。
[0007]其进一步特征在于：固定端工装的所述筒形调整块还通过螺柱连接有套筒垫块，所述套筒垫块和所述筒形调整块之间设有抗扭键，所述套筒垫块和所述套筒一通过螺柱连接，所述筒形调整块和所述套筒一之间设有抗扭键，所述弹性套筒一和所述锥套一之间安装有抗扭键；位于固定端的每级鼓筒盘分别对应安装有一个所述弹性夹套，所述固定端工装还包括用于安装在所述锥套一和所述套筒垫块之间的多个垫片，所述锥套一和所述垫片之间、每个垫片之间、所述垫片和所述套筒垫块之间分别安装有抗扭键；旋转端工装的所述套筒二和所述锥套二之间、所述锥套二和所述弹性套筒二之间分别安装有抗扭键；所述弹性夹套上相邻的两个通孔连接的收缩缝分别朝向不同方向延伸；部分延伸至所述弹性夹套的外壁的所述收缩缝的另一端端部设有安装槽和楔形槽，所述安装槽位于所述楔形槽的前端，所述楔形槽由前至后逐渐变宽，所述安装槽内安装有连接块，所述连接块宽度大于所述楔形槽前端的宽度，所述楔形槽内安装有由前至后逐渐变宽的楔形块，所述楔形块前端的宽度大于所述楔形槽前端的宽度，所述楔形块与所述连接块之间具有一定间距并且所述楔形块与所述连接块通过螺栓连接；所述挡位块通过止位套筒和连接螺栓与所述支承块连接，所述挡位块上均匀开设有由前端贯穿至后端的阶梯状连接孔一，所述止位套筒呈圆柱状并且其前端设有向外扩张的凸起，所述凸起位于所述阶梯状连接孔一的阶梯面前端，所述止位套筒的后端与所述支承块接触，当所述阶梯状连接孔一的阶梯面与所述止位套筒的凸起接触时，所述挡位块的后端与所述支承块的前端具有一定间隙；
所述止位套筒中间还开设有由前端贯穿至后端的阶梯状连接孔二，所述连接螺栓的头部压覆在所述阶梯状连接孔二的阶梯面上，杆部分别与所述止位套筒和所述支承块螺纹连接；所述支承块的前端还连接有定位块一，所述定位块一位于旋转端的鼓筒盘内侧的定位孔中，并且所述定位块一的直径与所述定位孔的直径相对应；所述盘心辅助支撑装置包括定位块二，所述定位块二位于固定端的鼓筒盘内侧的定位孔中，并且所述定位块二的直径与所述定位孔的直径相对应。
[0008]本专利技术的有益效果为：1、滚轮套环的设置能够在摩擦焊接过程中，通过使旋转端工装的套筒二嵌入滚轮套环内，保证固定端工装和旋转端工装的同轴度要求，保证焊接精度；2、固定端工装和旋转端工装分别采用锥套和与其锥面配合的弹性套筒，在摩擦焊接产生的顶锻力作用下，能够使弹性套筒的弹性部收缩进一步夹紧鼓筒盘，放置鼓筒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装，其包括固定端工装和旋转端工装，其特征在于：所述固定端工装包括筒形调整块，所述筒形调整块的端部连接有滚轮套环，所述滚轮套环的圆心与固定端的鼓筒盘的圆心位于同一轴线上，所述筒形调整块的内壁固定连接有套筒一，所述套筒一内安装有环形的弹性夹套，所述弹性夹套用于装夹位于固定端的鼓筒盘，所述弹性夹套的前端沿圆周方向均匀设有多个贯穿至弹性夹套后端的通孔，每个所述通孔与收缩缝的一端连接，所述收缩缝沿所述弹性夹套半径方向延伸，所述收缩缝的另一端延伸至所述弹性夹套的外壁或者内壁；所述弹性夹套的端部抵接有环形的锥套一，所述锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒一外壁的锥面相贴合，弹性套筒一外壁的锥面外径随着远离焊接面的方向逐渐减小，所述弹性套筒一具有向内收缩或者向外扩张的弹性部一，所述弹性部一压覆在位于压气机鼓筒端部的阶梯状鼓筒盘的外周且抵住其端部，所述固定端工装还包括位于鼓筒盘中间的盘心辅助支撑装置；所述旋转端工装包括套筒二，所述套筒二的圆心与旋转端的鼓筒盘的圆心位于同一轴线上，当旋转端的鼓筒盘与固定端的鼓筒盘接触时，所述套筒二位于所述滚轮套环内并且所述滚轮套环的圆心与所述套筒二的圆心位于同一轴线上；所述套筒二内安装有环形的锥套二，所述锥套一的内壁具有锥面并且该锥面与弹性套筒二的外壁的锥面相贴合，弹性套筒二外壁的锥面外径随着远离焊接面的方向逐渐减小，所述弹性套筒二具有向内收缩或者向外扩张的弹性部二，所述弹性部二压覆在鼓筒盘的外周；所述旋转端工装还包括盘心变形约束装置，所述盘心变形约束装置包括支承块和挡位块，所述支承块上安装有弹簧，所述挡位块的一端与所述弹簧接触，另一端用于与旋转端的鼓筒盘的盘心贴合，当所述压气机鼓筒盘未受顶锻力时，所述挡位块和所述支承块之间设有弹性间隙，所述压气机鼓筒盘在受到顶锻力时，所述挡位块能够在弹性间隙行程内提供弹性支撑。2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机压气机鼓筒惯性摩擦焊接的工装，其特征在于：固定端工装的所述筒形调整块还通过螺柱连接有套筒垫块，所述套筒垫块和所述筒形调整块之间设有抗扭键，所述套筒垫块和所述套筒一通过螺柱连接，所述筒形调整块和所述套筒一之间设有抗扭键，所述弹性套筒一和所述锥套一之间安装有抗扭键；位于固定端的每级鼓筒盘分别对应安装有一个所述弹性夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁立，唐城，张晨，姚煜，
申请(专利权)人：无锡航亚科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：