摩擦焊技术在航空发动机研制中的应用

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1、专题SPECIALTOPIC摩擦焊技术在航空发动机研制中的应用ApplicationofFrictionWeldingTechnologyinAeroengineResearch中航工业北京航空制造工程研究所 张田仓 李 菊 何胜春 季亚娟 张传臣 张连锋摩擦焊技术作为航空发动机研制中的先进连接技术，它在我国航空发动机上的逐步应用不仅会提高航空发动机的性能，而且会加快发动机的研制进度。随着航空发动机高推比、长寿命、低成本要求的不断提高，摩擦焊技术在发动机研制和生产中将会起到越来越重要的作用。发动机整体叶盘和转子鼓筒的制造控加工、电解加工、扩散焊和电子束中具有独

2、特的技术优势。焊。与其他技术相比较，线性摩擦焊在整体叶盘的制造上具有独特的优线性摩擦焊势，具体表现为：（1）线性摩擦焊属张田仓线性摩擦焊是利用被焊材料接于固相连接，焊缝为细小的锻造组研究员，中航工业基础院首席专家。触面相对往复运动摩擦产生的热效织，接头质量优良；（2）线性摩擦焊主要从事线性摩擦焊设备、工艺及工程应来实现焊接的。可以将两种不同材料焊在一起，这样化应用研究。1线性摩擦焊研制整体叶盘的技术可根据叶片、轮盘的工作条件选用不优势同的材料，使转子结构的重量进一步随着航空发动机性能的不断提整体叶盘是把发动机转子的叶降低；（3）可以实现空心叶片与轮盘高，高推重

3、比发动机要求减轻结构片和轮盘加工或焊接成一体，无需加的连接；（4）可以对已损坏的单个叶重量，降低研制和制造成本，这对制工榫头、榫槽，盘的轮缘径向高度、厚片进行修理。采用整体叶盘，特别是造技术提出了更加苛刻的要求，常度及叶片原榫头部位尺寸均可大大在风扇第一级采用时，能否对整体叶规的连接技术已经不能满足发动机减少，减重效果明显；使发动机转子盘进行修理是要考虑的一个重要问高推比、长寿命、低成本的要求。而部件的结构大为简化；消除榫齿根题。有了线性摩擦焊的加工方法，就摩擦焊因具有焊缝质量高、无烟尘和部缝隙中气体的逸流损失；避免了可以将损坏的叶片切去后再焊上新飞溅、无需填

4、充材料和气体保护、材叶片和轮盘装配不当造成的微动磨叶片；（5）与整体机械加工制造整体料损耗少、焊缝缺陷少等优点，成为损、裂纹以及锁片损坏带来的故障。叶盘相比，线性摩擦焊可节省大量贵航空发动机研制中的关键技术之一。目前，制造整体叶盘的技术途径重金属材料，并大量减少加工工时。线性摩擦焊、惯性摩擦焊分别在航空有以下几种：线性摩擦焊、五坐标数2国外研究及应用69航空制造技术·2014年第20期专题SPECIALTOPIC整体叶盘是第四代航空发动机实现整体叶盘材料异材化（即轮盘和发动机转子部件包括压气机转的核心结构，采用线性摩擦焊加工整叶片的材料还是同一种钛合金），难子

5、、涡轮转子和涡轮轴，这是发动机体叶盘与用其他加工方法相比具有以满足高性能发动机对不同部位性的核心部分。传统的转子结构由机突出的优势，在新一代发动机中已得能各有侧重又彼此兼顾的设计要求。械紧固原理组装起来，但机械连接增到广泛应用。在摩擦焊机理研究方面，在相关加了整机的重量，增加了结构的复杂在20世纪80年代后期，MTU项目的支撑下，针对异材钛合金线性性，提高了成本并降低了寿命。理想公司与罗·罗公司合作，把线性摩擦摩擦焊的产热机理及温度场形成与的转子结构应为整体制造，从而保证焊用于欧洲战斗机Typhoon发动机演变规律、焊接过程金属塑性流动行结构尺寸的精度和稳定性

6、，降低重量3级低压压气机整体叶盘的制造并为、微观连接机理、焊接可靠性等开并减少应力集中。这在高推重比、高取得成功，据TWI资料报道，到2007展了深入的研究，研究表明线性摩擦转速发动机的转动系统设计上具有年为止已经提供了100多个线性摩焊过程存在“超扩散行为”，与普通决定性的意义。擦焊焊接的整体叶盘。美国F-22“猛扩散焊相比，原子的扩散系数约高两惯性摩擦焊工艺能够满足发动禽”战斗机是全球唯一进入服役的个数量级，而且在线性摩擦焊界面处机转子鼓筒焊接技术指标的要求，是第四代战斗机，采用的发动机为普惠原子发生了扩散和再结晶，形成的共一种最理想、可靠的连接方法。使用

7、公司研制的F119发动机，其风扇和生晶粒，如图1所示。研究成果已经惯性摩擦焊制造整体转子部件，将产压气机1~2级均采用罗·罗公司研制用于风扇一级整体叶盘和压气机一生效益：（1）增加构件的强度和刚度；的线性摩擦焊整体叶盘结构。其中，级整体叶盘的制造。（2）解决振动和扭矩传递不均匀问风扇是采用宽弦空心叶片结构。美题；（3）降低锻造复杂形状毛坯的难国在“联合攻击战斗机”（JSF）项度，简化毛坯准备工作，减少材料加目中研制的F-35“闪电”Ⅱ战斗机工量，提高经济效益；（4）惯性摩擦是在研的第四代多功能战斗机。采焊代替机械连接可减轻重量，避免机用的也是普惠公司研制的发动

8、机械连接出现的技术问题。可以满足F13