摘要：針對(duì)大型風(fēng)扇靜子鈦合金葉片組合件（tc4）的設(shè)計(jì)及加工特點(diǎn)，對(duì)其電子束焊、新型精密定位和組合加工工藝進(jìn)行研究，通過(guò)改進(jìn)定位方式，優(yōu)化工藝參數(shù)，有效控制了薄壁零件的加工變形，探索出適合大型風(fēng)扇靜子葉片組合件的典型加工工藝和方法，提高了加工效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
0引言
大型風(fēng)扇靜子葉片為雙冠“s”型多段薄型面結(jié)構(gòu)，采用組合加工與特種工藝相結(jié)合的加工手段。其葉片型面復(fù)雜，扭轉(zhuǎn)大，進(jìn)、排氣邊薄，強(qiáng)度低，易變形。組合件的外緣板采用電子束焊接，內(nèi)緣板自由相接，焊縫為u型結(jié)構(gòu)，葉片內(nèi)環(huán)為自由狀態(tài)、有槽子，且相對(duì)獨(dú)立，焊接時(shí)容易變形和張口。為控制變形，焊接時(shí)選擇合理的焊接參數(shù)，在組合加工過(guò)程中采用精密定位方式，然后將組合件澆注成為一個(gè)整環(huán)進(jìn)行組合加工，確保組合件加工質(zhì)量的穩(wěn)定。
1組合件結(jié)構(gòu)及加工特點(diǎn)分析
大型風(fēng)扇靜子葉片組合件為雙冠薄型面結(jié)構(gòu)，由葉片拼圓焊接組成，葉型空間曲面復(fù)雜，葉身型面長(zhǎng)約220mm、葉型扭轉(zhuǎn)大（x軸與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線(xiàn)約28°）、型面zui大厚度為5mm，焊縫間距較小，整體剛性較差，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，因無(wú)法使用單一的夾具定位等方式，需采用氬弧焊定位。由于葉片材料為鈦合金，點(diǎn)焊時(shí)容易氧化，影響電子束焊質(zhì)量，故需要選擇合理的定位方式和保護(hù)措施。組合件的外緣板采用電子束焊接，內(nèi)緣板自由相接，這給電子束焊控制變形量和內(nèi)緣板張口尺寸，增加難度。自由狀態(tài)的內(nèi)緣板在組合加工過(guò)程中，很難定位和夾緊，通過(guò)分析，采用了澆注石蠟的工藝方案，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，滿(mǎn)足車(chē)削要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
圖1大型風(fēng)扇靜子葉片結(jié)構(gòu)示意圖
2組合件焊接技術(shù)
2.1可焊性分析
鈦合金化學(xué)性質(zhì)活躍，容易與空氣中氮、氫、氧等氣體發(fā)生反應(yīng)，故手工焊盡量采用氬弧焊，真空電子束焊比較適合鈦合金的焊接。tc4屬于ti-al-v系合金，含al（4.5%~6.0%）v（3.5~4.5）%，相當(dāng)于ti-6al-4v，合金含量較高，總體焊接性良好。但零件焊接厚度zui厚達(dá)12mm，母材中或保護(hù)氣體中若摻雜不純氣體和外部雜質(zhì)（如水分，油脂，氧化物）就會(huì)造成對(duì)母材表面層的污染，且形成氣孔，飛濺，咬邊，未焊透等焊接缺陷，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中及焊接變形。
針對(duì)上述問(wèn)題，采取如下工藝措施：*，焊前對(duì)工件接頭附近表面進(jìn)行機(jī)械清理后（特別是對(duì)接端面），再進(jìn)行酸洗，然后再用白綢布蘸丙酮對(duì)對(duì)接面進(jìn)行擦洗，同時(shí)保證焊接用的輔助裝置清潔無(wú)油污保證；第二，選擇合適的焊接方案，適當(dāng)預(yù)留收縮量，增加寬度（0.10~0.15）mm，補(bǔ)償焊接收縮。第三，焊前進(jìn)行預(yù)熱，焊后進(jìn)行熱處理，以減小焊接應(yīng)力，保證尺寸穩(wěn)定性。
2.2焊接定位
為滿(mǎn)足組合件的高精度要求，在零件的定位焊前需將各零件裝配在夾具上，并且對(duì)葉片緣板錯(cuò)位和間隙大于0.05mm的部位進(jìn)行修配，達(dá)到裝配定位過(guò)程中葉片間的間隙要求、避免裝配時(shí)應(yīng)力集中。
采用氬弧焊定位，定位焊點(diǎn)不允許有裂紋、氣孔、夾渣，零件表面不能有電弧燒傷，焊點(diǎn)顏色應(yīng)為銀白色或淡黃色。焊點(diǎn)尺寸應(yīng)盡量小，要求不大于1.5mm，*覆蓋后續(xù)的電子束焊接焊縫，降低焊縫缺陷存在的可能性。
在充分考慮葉片結(jié)構(gòu)和焊接特點(diǎn)后，設(shè)計(jì)了工裝的同時(shí)，采用焊接時(shí)向焊接處吹氬氣方法，但在吹氬氣時(shí)，焊接時(shí)若溫度過(guò)高，管子容易被燒焦。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，將氬弧焊陶瓷焊嘴改裝為氬弧焊保護(hù)裝置，當(dāng)氬弧焊點(diǎn)焊組合件一端時(shí)，在另一端用氬弧焊焊嘴向焊縫對(duì)吹，既保證陶瓷焊嘴不被燒壞，也保證了零件不會(huì)被氧化。
2.3變形控制
根據(jù)焊接熔焊原理，焊接會(huì)發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變，一般情況下采取一些預(yù)防措施是可以適當(dāng)減少焊接變形的。但是該零件的焊接結(jié)構(gòu)是一端焊接（外緣板焊接）、另一端保持自由狀態(tài)，并且不固定，造成了兩端熱輸入*不對(duì)稱(chēng)，且熱變形不能相互抵消，難以保證公差在±（0.04~0.05）mm的范圍之內(nèi)。
根據(jù)組合件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取如下措施：
1）合理安排焊接順序。組合件由4、5、6個(gè)葉片組成，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，電子束焊焊接順序如圖2所示進(jìn)行（4、5葉片組先中間后2邊；6葉組先中間，其次再zui外2條焊縫，然后靠近中間的2條焊縫），將達(dá)到很好的焊接效果，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。焊后待零件冷卻后在拆除工裝，使應(yīng)力在冷卻前*得到釋放。測(cè)出縱向收縮量在（0.05~0.12）mm，橫向收縮量在（0.04~0.15）mm范圍中。
圖2電子束焊焊接順序示意圖
2）反變形法。不焊端預(yù)留間隙小不超過(guò)0.03mm塞尺不過(guò)，外緣板端預(yù)留間隙zui大可達(dá)0.1mm，根據(jù)一般焊接的變形原理按照預(yù)變形的反方向提前將變形量加在收縮量里可達(dá)到零件反方向變形效果。
3）交叉對(duì)角法。根據(jù)焊接熱應(yīng)力應(yīng)變的原理，使零件變形在內(nèi)部相互抵消，焊接順序確定后，在相鄰的2條焊縫之間采用反向焊接方法，達(dá)到減少焊接變形的目的。
2.4焊接參數(shù)的確定
不同的焊接參數(shù)見(jiàn)表1，通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)和對(duì)比焊縫外觀(guān)成型效果，并對(duì)焊縫進(jìn)行100%x光射線(xiàn)檢查，確定序號(hào)4為理想的加工焊接參數(shù)。
表1電子束焊接參數(shù)列表
3組合加工工藝研究
3.1新型精密定位組合件
由于組合件在車(chē)削過(guò)程中沒(méi)有壓緊點(diǎn)，葉片內(nèi)環(huán)保持自由狀態(tài)，且相對(duì)獨(dú)立、不固定，并且要求內(nèi)環(huán)有槽子，因此增加了對(duì)組合件車(chē)削的難度。
解決方案為：將組合件澆注成一個(gè)整環(huán)，將工裝底面設(shè)計(jì)成與葉片內(nèi)外緣板有相同的臺(tái)階，并與葉片安裝板有相同的槽子，然后壓緊葉片內(nèi)外緣板，在上面增加一個(gè)圓環(huán)，*壓住組合件，將組合件固定在車(chē)床夾具上；如果選擇澆注錫鉍合金，葉片流道面積太大，單是錫鉍合金的重量就能達(dá)到1000kg，這樣重的重量不便于車(chē)削裝夾，搬運(yùn)起來(lái)就更加困難。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，用澆注石蠟的法，減輕重量，便于搬運(yùn)和裝夾；同時(shí)，通過(guò)改變蠟中松香的成分可調(diào)節(jié)石蠟的強(qiáng)度，滿(mǎn)足車(chē)削中的強(qiáng)度要求。
3.2組合加工組合件
組合件zui終示意圖如圖3所示，通過(guò)工藝分析，采用分刀車(chē)削的辦法，先車(chē)外圓，再以外圓為基準(zhǔn)，車(chē)削安裝板。內(nèi)環(huán)則采用先車(chē)內(nèi)圓，再車(chē)內(nèi)環(huán)和槽子的方法。由于零件尺寸大，必須有效的控制進(jìn)刀量，防止斷刀，保證車(chē)削的光度要求。
圖3組合件示意圖
3.3清除澆注石蠟
經(jīng)過(guò)咨詢(xún)資深專(zhuān)家和試驗(yàn)，找到了清除澆注石蠟的*方法，先將澆注石蠟的組合件在有熔化石蠟的液態(tài)溶液里熔化，去除大部分石蠟，再在煤油里浸泡，10min之后用毛刷一刷，石蠟可去除干凈。
4結(jié)論
大型風(fēng)扇靜子鈦合金（tc4）組合件采用合理的定位夾緊方式和焊接參數(shù)，有效的控制了組合件的張口尺寸、焊接變形以及零件焊接過(guò)程收縮量。采用新型精密定位組合加工大型風(fēng)扇靜子葉片組合件，提高了加工效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。為同類(lèi)型零件的制造生產(chǎn)積累了經(jīng)驗(yàn)，具有推廣價(jià)值。
（作者：中航工業(yè)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)余杰）