电子束焊接在涡轮制造中的应用

在燃气涡轮部分，盘轴采用电子束焊或摩擦焊连接是一种最简单的不可拆卸结构，中间没有连接件，重量最轻。但由于涡轮部分为承力转动件，在工作过程中存在很大的扭转载荷，焊接须确保盘轴的同心度和跳动要求，因此对焊接接头质量要求十分苛刻。国内在某型靶机的发动机中就采用电子束焊接工艺，将1Cr11Ni2W2MoV材料的涡轮轴和K418材料的精铸叶盘焊接为一体。在某型机低压涡轮轴的生产过程中，也曾采用电子束焊接将GQGH4169材料的轴连接起来。采用焊接结构件较整体件加工降低了机加工难度，同时节约了材料，经济性好。国外在RB199等发动机的高压涡轮部分就采用了电子束焊接结构。盘轴焊接结构，必须考虑不同材料的焊接接头在各种使用工况下的影响，焊接接头的位置尽量放在应力较小、壁厚较薄的位置。

在涡轮导向叶片的制造过程中，由于导向叶片除受到较大的气动力与不稳定的脉动负荷外，还处于高温燃气的包围之中，温度高，冷热变化大，温度不均匀情况很严重，热冲击和热疲惫成为叶片失效的主要原因之一。因此，导向叶片一般做成单个的或两叶、三叶组，便于装配、定位和公差控制，损坏后也易更换。导向叶片的材料为铸造高温合金，材料价格昂贵，这类材料的材质很硬，采用精密铸造，为了增强叶片的冷却效果，进步工作质量，一般做成空心叶片。在TAY及WS9发动机上，高压涡轮导向叶片均为采用电子束焊接的三叶组结构。叶片缘板的对接焊是典型的变截面焊接，焊接厚度范围在2～12mm之间变化，需由同一参数一次完成焊接，且要求焊缝为Ⅲ级，叶片焊缝中易产生裂纹缺陷，尤其是在发动机上工作一段时间后，裂纹的产生与材料中Al、Ti及杂质元素的含量较高有关。为了更进一步进步发动机涡轮前工作温度，现代先进发动机已采用很多新型耐受更高温度的材料，如现在某机所用的Ni3Al基的IC10材料定向结晶铸造的涡轮导向叶片，其工作温度为1100℃，由T LP扩散焊焊成两叶组使用。该材料采用熔焊方法易产生焊接裂纹。

电子束焊接在燃烧室制造中的应用

在发动机燃烧室的加工制造过程中，电子束焊接得到了更多的应用。燃烧室部件是发动机中承受热负荷最大的部件，重量要轻。燃烧室部件易出现故障，危及自身及其他部件。因此对燃烧室部件的制造质量要求较高。在燃烧室机匣的制造中，采用电子束焊接工艺将安装边与钣金件焊接起来，大大节约了材料。现代发动机多采用环形燃烧室结构，其燃烧室内外机匣均采用电子束焊接结构，一般为GH4169材料，多为薄壁件，焊接时保证焊缝质量满足验收标准的Ⅰ级要求。电子束焊接完成燃烧室外机匣、前置扩压器和内机匣的连接。在某机机匣内套的生产中，涉及GH141材料的电子束焊接，焊后在焊接接头区域发现微裂纹。针对此情况，分析判定其为应变时效裂纹，焊前对GH141材料进行时效处理，并从焊接工艺、工装等方面着手，控制焊后应力，解决了焊接裂纹题目。火焰筒的制造大量采用了电子束焊接工艺。实现外壁与头部及帽罩的焊接。由于结构原因，电子束焊接要控制焊接热输进量，防止零件变形，根据零件的具体结构，有些情况下须采用非穿透焊接工艺，防止焊接过程中产生的飞溅物和焊瘤对发动机的使用造成影响。

电子束焊接在其他组件制造中的应用

液压作动筒在发动机上调节尾喷管的喷口大小，属于发动机上的关键件。在某机液压作动筒的制造过程中，活塞上装有橡胶密封圈，采用电子束焊接将盖和衬筒连接起来。由于液压作动筒壁厚较小，焊接过程中必须严格控制焊接变形，以确保活塞在筒体中的自由往复运动；焊接过程中，零件的温升必须要小，保证焊接热循环对活塞上的密封圈质量无影响；另外，在保证有效焊接截面完全焊透的情况下筒体中无焊接飞溅物，这就必须从焊接接头的设计上着手解决。在液压作动筒的焊接过程中，必须选择较小的焊接热输进量，采用局部焊透工艺和用铜激冷块带走焊接热量的方法。

发动机传动齿轮制造中，采用电子束焊接方法，将齿轮环与齿轮轴焊接起来，解决了齿轮轴加工过程中插齿、磨齿的困难。齿轮轴焊接过程中，轴和齿环采用过盈装配，气孔是其焊缝中最易产生的缺陷，加大焊接衬底的厚度，并加开放气槽，将焊接产生的气孔尽可能深地引进衬底中，焊后机加工往除，能很好地解决气孔缺陷。另外，应对焊接接头背面的齿轮进行保护，防止焊接残余电子束的击伤。用此方法焊接的某型机12Cr2N i4A材料的传动齿轮，焊缝质量满足验收标准的要求，且焊后齿轮轴的尺寸和跳动符合设计图。

结束语

随着飞机发动机科研生产的需要，西安航空发动机公司近年引进了3台进口数控高压真空电子束焊机，真空室尺寸为1.5m3、5.5m3和36m3，同时对原有的一台0.7m3的德国产电子束焊机进行了大修改造。公司承担着繁重的飞机发动机科研试制和批产任务，主要包括一、二、三级风扇机匣、多种高低压压气机转子、高压涡轮机匣、燃烧室机匣、火焰筒组件等大约180多种零件，涉及不锈钢、高温合金及钛合金等很多材料，焊接产品质量稳定，满足了部队装机需要，考核试验未出现焊接质量题目。先后攻克了钛合金材料电子束焊接的气孔题目，GH14材料焊后的裂纹题目等很多技术困难，焊接技术气力雄厚，为今后我国大型军民用飞机发动机研制和批产打下了坚实的基础。