厚板结构外涵筒体制造技术研究

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1、厚板结构外涵筒体制造技术研究摘要：文章对厚板钛合金材料外涵机匣筒体的工艺方法进行研究，结合公司现有设备能力，摸索出一套完善的加工工艺和工装，实现工程化应用关键词：钛合金；外涵筒体；工装；加工工艺引言外涵机匣分主要分为三大类，一类为复合材料外涵机匣，另一类为薄板钛合金成形后焊接安装座结构，另一类为锻铸件机械加工的外涵机匣。前两种常规外涵机匣的共同缺点为强度低，无法适用新形发动机的要求。而机械加工的外涵机匣因加工效率较低，制造成本较大，不适合批量生产。为适应新形的发动机要求，国内开展了厚板钛合金成形后，经机械加工加强肋后再焊接安装座或化学铳加工加强肋和安装座，新形结构外涵机匣大大提高零件的强度

2、，符合新形发动机的要求。但厚板钛合金的成形困难，加工精度低、单组件焊接变形、工艺流程安排等问题需要研究和解决1材料及结构分析1.1材料分析化铳结构的外涵机匣一般为钛合金TA15材料，TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-lMo-lV0属于高Al当量的近a形钛合金，它既具有a形钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近a-B形钛合金的工艺塑形。TA15钛合金具有中等的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性。TA15长时间工作问度可达500°C,瞬时可达800°Co450°C下工作时寿命达6000h[l]oTA15材料化学成分见表1。热处理制度见表2TA15钛合金常温屈服极限较高，其

3、常温屈服极限930〜1130Mpa,是一种常温下难成形的材料，而厚度采用的大于4mni厚度，这更加大了零件的成形难度。本材料的焊接性能良好，其焊接焊接主要问题是焊接接头脆化、焊接接头裂纹、焊接气孔加强保护，严格焊前清理，控制焊接速度。选择合适的焊接参数，优良的焊接方法的选择，焊后进行真空热处理。以达到减少焊接缺陷1.2设计结构分析外涵筒体分为、直段筒体、对开锥段筒体、带形面的筒体结构。如图1所示。零件厚度为4到10mm,零件成形后分为机械加工加强筋和组合后化学铳加工两种方式。筒体厚度增大，给零件的成形及焊接带来一定的困难，零件加工精度的提高2工艺2.1焊接方法的选择焊接中，焊件受到电弧不均

4、匀的加热，受热区的金属热膨胀程度就不同，此时由金属热引起的内应力及变形是暂时的；当焊接完成，焊件冷却后，剩余的内应力造成焊件最终的焊接变形。从筒体机匣的结构情况看，选择先进的焊接方法电子束焊接。电子束焊接以其高功率密度、焊接热输入量小、焊接变形小、焊缝深宽比大、焊接接头无氧化、焊接后残余应力小和焊缝质量好等特点。针对此零件的结构特点，焊接部位大于4mm的钛合金焊接，符合电子束焊接的要求，能最大程度地发挥电子束焊接的优势，电子束焊的熔深比一般为5：1到10：1,是普通熔焊方法几十倍[2]2.2焊接参数确定通过对材料的分析，选取与零件技术条件、状态、厚度与正式零件相同的TA15零件进行焊接参数

5、试验，参数试验在焊接前进行，焊接试片的表面状态与实际零件相同，经多次调整焊接参数，确定如表3的焊接参数2.3主要工艺流程零件成形的精度，主要取决于零件的下料尺寸，预留滚床成形压边余量计算展料尺寸；激光或水切割下料，预留滚床成形时压边100mm以上；四轴滚床成形；铳加工去除弯曲时预留的工艺压边，保证零件对接口位置母线向心，截面厚度等于料厚；钛合金焊接前酸洗；氮弧焊定位，定位焊后采用氫弧焊接或电子束焊接，焊接中定位时用专用高强度刚性夹具夹紧；焊后无损检测；不带型面面的零件直接采用真空热定形的工艺完成零件的成形，带型面面的零件采用气胀加热定形的综合工艺方法2.3.1筒体气胀成形如何确定气胀成形的

6、温度，是筒体气胀成形工艺能否成功的关键问题。温度不够，材料没有明显的超塑性，筒体直段无法有效成形；温度过高，有可能造成TA15材料的晶粒粗大，降低材料强度，影响零件使用。TA15板材热处理温度为850°C,于是我们将筒体气胀成形温度确定为850°C；在这个温度时TA15材料既有很好的塑性，组织性能又保持不变气囊材料和气胀压力的选择，对筒体气胀成形也是至关重要的。以往薄壁钛合金筒形件气胀成形时，气囊材料大都采用08F,厚度0.5mm,气胀压力为0.3-0.5MPa。对于TA15厚板材的气胀成形，我们选择lCrl8Ni9Ti材料，厚度1.0mm板材作为气囊材料，气胀压力选为0.8MPa气胀成形

7、夹具结构见图2,此夹具由内壁、外壁和气囊等组成，在气胀炉中采用高温利用气囊的压力对筒体直段进行成形2.3.2筒体气胀成形后热定形筒体气胀成形只是将直段进行初成形，要想达到筒体设计尺寸，还需要对筒体进行真空热定形。热校形的原理是根据钛合金材料高温塑性好，线膨胀系数较小的特点，采用某种高温刚性较好，线膨胀系数较大的材料制成一个内胎，该内胎在常温下能够自由地装进已变形的钛合金零件内，而在高温时，恰好与零件在高温状态下的理想内形