航空用高溫合金封嚴環焊接件工藝研究

王　蓮（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

航空用高溫合金封嚴環焊接件工藝研究

王蓮
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘要：封嚴環焊接零件結構復雜，尺寸精度及技術條件要求較高，加工精度很難保證。結合高溫合金材料特性，經過分析研究，合理的安排工藝路線及特種工藝等。在機械加工方面，適當的選擇刀具材料及刀具結構，制定合理的走刀路線，以降低零件在機械加工過程中的殘余應力，提高零件的加工精度。

關鍵詞：高溫合金；薄壁零件；加工工藝

1　航空用高溫合金零件加工技術發展概況

目前，難加工材料的加工已引起了國內外專家們的普遍關注，各個國家制造行業都在開發新型的刀具材料，改進加工設備，以此來提高難加工材料的加工精度。從上個世紀60年代開始，日本、美國、德國等國家先后建立起切削加工研究中心及服務中心，針對難加工材料的加工參數、切削用量等進行了大量的試驗。經過幾十年刻苦努力，現已能提供出成熟的切削數據。

表1　GH4169化學成分（wt%）

2　零件的工藝性分析及工藝方案的確定

2.1材料特性

該類零件的材料為鎳基高溫合金GH4169，在高溫條件下有非常高的強度、抗腐蝕能力、優良的熱疲勞性能、熱穩定性能，在高溫下能長期有效的工作。因此被廣泛的應用與于航空、航天及宇航工業。除此之外，導熱率和延展率也相對較大，其化學成分及600℃下的物理力學性能見表1、表2。

高溫合金在加工過程中存在以下的特點

（1）塑性變形大：零件材料中存在大量的奧氏體組織使零件的塑性變形較大；

（2）切削力大：在較高的溫度下，材料仍具有較高的機械性能，使得零件在加工過程中所受的切削力較大；

（3）加工過程中加工硬化現象嚴重：高溫合金塑性變形較大，這使零件已加工表面的加工硬化現象較為嚴重。受切削溫度的影響，材料中的強化相從固溶體中分解出來，呈彌散相分布，從而增大了硬化現象；

（4）切削溫度高，刀具磨損嚴重：在切削加工高溫合金零件的過程中，產生較大的塑性變形，會使刀具與零件之間的摩擦增大，切削力也隨之增大，由此產生較大的切削熱。

2.2結構特點及工藝方案

航空用封嚴環類零件均為薄壁零件，是通過釬焊這種特殊工藝將鎳基高溫合金與蜂窩焊接在一起，釬焊溫度為1040℃，釬焊后零件變形量較大，零件尺寸及技術條件難以保證。零件尺寸及技術條件較多，精度要求較高，尺寸公差≯0.015，粗糙度一般在Ra0.4-0.8之間，圓柱度、跳動、孔位置度等技術條件均在0.03以內，不易保證。

為減少薄壁零件在加工過程中的變形，在粗加工后安排消除應力熱處理工序，以降低零件在加工過程中的變形。由于釬焊工序的溫度較高，零件在焊接蜂窩之前直徑及端面加工余量要相對較大，以增加釬焊工序零件的剛性。釬焊工序結束后要安排時效處理工序，以達到高溫合金的材料強度。在結合零件的實際結構及材料特性，制定出封嚴環零件的加工路線為：

毛料—粗車左右兩端—超聲波檢查—細車左右兩端—消除應力熱處理—修復基準—半精車左右兩端——消除應力熱處理—精車內孔—釬焊—釬焊后檢查—時效—修復基準—磨加工—精車加工—銑加工—電解磨蜂窩—電成型加工—熒光檢查—中間檢驗—動平衡—平衡去重—最終檢驗。

表2　GH4169的物理力學性能

3　特種工藝加工

3.1電解磨加工

該零件內孔通過真空釬焊，將高溫合金基體與蜂窩結構焊接在一起，這種結構需要通過電解磨這種特殊工藝，將內孔加工至設計要求尺寸。電解磨是一種電腐蝕的加工方法，通過圓柱形紫銅電極在電解液中的瞬間放電，來加工蜂窩結構，其優點是加工過程中加工應力較低，對薄壁零件的變形影響較小，可以提高零件的加工質量及加工精度。

3.2電成型加工

電成型加工與電解磨加工原理相同，主要的區別在于電成型加工是采用成型電極，加工零件基體表面。相對于一般的數控銑削加工而言，電成型加工的主要優點是加工應力小、加工精度較高，缺點就是零件表面的粗糙度相對較差。

參考文獻

[1]王志厚．薄壁零件加工中防止變形的措施[J]．寶成技術，1991（02）：20．

[2]張延成．航空薄壁結構件加工變形數值仿真研究[J]．東北大學，2008（02）：11-12．

[3]孔金星．低剛度薄壁零件的精密加工[J]．工具技術， 2003，37（12）：29．

中圖分類號：TG506

文獻標識碼：A