本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接，具體涉及一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)及其高能束焊接制造方法。
背景技術(shù)：
1、層板冷卻是一種高效的冷卻方式,是目前冷卻效率最高的復(fù)合冷卻技術(shù)方案之一,主要用于高熱負(fù)荷燃燒室、浮動(dòng)瓦片燃燒室以及渦輪葉片等高溫部件。層板冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒壁溫比較均勻,溫度應(yīng)力較小,可以有效提高燃燒室火焰筒的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命；層板冷卻需要的冷卻空氣流量少。能夠有效緩解高溫升燃燒室冷卻空氣量少的矛盾,可以大幅度提高渦輪前溫度和改善出口溫度分布,從而提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比。隨著冷卻空氣流量的減少,燃燒室出口溫度分布也可以得到改善,對(duì)于提高渦輪部件的壽命十分有利。
2、目前火焰筒筒壁包括環(huán)形的外層壁及內(nèi)層壁，其中外層壁側(cè)壁上具有多個(gè)沖擊冷卻孔，內(nèi)側(cè)成型有多個(gè)擾流柱；內(nèi)層壁側(cè)壁上具有多個(gè)氣膜孔；其表面密布的小孔引導(dǎo)冷卻空氣形成湍流，通過擾流柱形成的復(fù)雜內(nèi)部流道，實(shí)現(xiàn)沖擊冷卻、對(duì)流冷卻與氣膜冷卻的復(fù)合換熱。通常采用gh3230等高溫合金薄板，通過擴(kuò)散焊、電子束焊等工藝實(shí)現(xiàn)連接。
3、受限于加工工藝，當(dāng)前多孔層板冷卻火焰筒主要采用周向分段+焊接的結(jié)構(gòu)形式，在周向接合面處為實(shí)心結(jié)構(gòu)，無法布置擾流柱，局部冷卻效果較差，在實(shí)際應(yīng)用中易發(fā)生燒蝕。專利cn?202311045589.2公布了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，通過更改外壁結(jié)構(gòu)、增加扇形段數(shù)量與搭接邊，實(shí)現(xiàn)擾流柱的排布。但該方法導(dǎo)致構(gòu)件數(shù)量及焊縫增多，焊接及變形控制難度增大，為實(shí)現(xiàn)焊縫的排布在焊縫附近設(shè)置雙排沖擊孔，與其他區(qū)域陣列間隔不同，可能會(huì)影響氣流分布。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)及其高能束焊接制造方法；具體技術(shù)方案如下：
2、一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)層壁和外層壁；
3、所述內(nèi)層壁表面通過電解加工形成多個(gè)擾流柱；所述擾流柱包括高度不同的擾流柱a和擾流柱b；
4、由多個(gè)弧形板拼接構(gòu)成的外層壁，其內(nèi)表面與擾流柱a頂端緊密貼合，貼合面的粗糙度≤0.3μm；
5、所述擾流柱b插接于貫通外層壁頂端的圓孔內(nèi)，且其高度超過外層壁板厚；
6、所述外層壁周向拼接處通過夾持?jǐn)_流柱b形成焊接接頭，并采用激光焊或電子束焊完成拼接；
7、所述內(nèi)層壁與外層壁通過擴(kuò)散焊或釬焊連接，且內(nèi)層壁的氣膜孔和外層壁的沖擊孔在圓周方向上均勻分布。
8、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，其優(yōu)選方案為，所述內(nèi)層壁為采用鍛造制備的整體筒體，或由多個(gè)弧形板通過高能束焊接拼接而成；當(dāng)采用拼接結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)層壁焊縫與外層壁焊縫在圓周方向上交錯(cuò)設(shè)置。
9、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，其優(yōu)選方案為，所述擾流柱b沿周向周期性分布為一排，其高度超過外層壁板厚，用于外層壁拼接時(shí)的定位與焊接。
10、一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，包括以下步驟：
11、步驟一，內(nèi)層壁成形：
12、采用鍛造制備整體筒體，或?qū)す馇懈詈蟮姆侄吴k金進(jìn)行彎曲成形，通過電子束焊或激光焊拼接為筒體，拼接筒體后機(jī)械加工去除余量；
13、步驟二，擾流柱加工：
14、采用電解加工的方式制備內(nèi)層壁表面擾流柱，加工間隙為0.1-0.5mm，電解液入口壓力為0.05-0.2mpa；
15、步驟三，氣膜孔加工：
16、按圖紙要求定位氣膜孔，采用超快激光加工氣膜孔，參數(shù)設(shè)置為：波長(zhǎng)1030nm，單脈沖能量15-30μj，光斑直徑50μm，功率8-14w；
17、步驟四，外層壁成形：
18、對(duì)激光切割后的分段鈑金進(jìn)行彎曲成形，獲得弧形板；
19、步驟五，沖擊孔加工：
20、按圖紙要求定位沖擊孔，采用超快激光加工沖擊孔，參數(shù)設(shè)置為：波長(zhǎng)1030nm，單脈沖能量15-30μj，光斑直徑50μm，功率10-30w；
21、步驟六，裝配定位：
22、利用擾流柱b作為定位基準(zhǔn)，將外層壁與內(nèi)層壁進(jìn)行周向拼接；
23、步驟七，擴(kuò)散焊或釬焊：
24、通過擴(kuò)散焊或釬焊完成內(nèi)層壁與外層壁的連接，其中擾流柱a端面與外層壁內(nèi)表面形成冶金結(jié)合；
25、步驟八，高能束焊接：
26、對(duì)外層壁對(duì)接焊縫及擾流柱b進(jìn)行電子束焊或激光焊，焊后對(duì)外層壁表面進(jìn)行打磨處理。
27、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其優(yōu)選方案為，所述步驟一中，電子束焊參數(shù)為：焊接速度20mm/s，電壓150kv，電流6-8ma無擺動(dòng)；或電流5-12ma配合三角波擺動(dòng)，其擺動(dòng)頻率50-100hz，幅度0.5mm；
28、激光焊參數(shù)為：功率900-1200w，脈沖頻率100hz，占空比50%，離焦量0mm，保護(hù)氣流量20l/min。
29、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其優(yōu)選方案為，所述步驟八中，擾流柱b的電子束點(diǎn)焊參數(shù)為：電壓150kv，電流3-5ma，擺動(dòng)頻率50hz，擺動(dòng)幅度0.2mm，波形為圓波，點(diǎn)焊時(shí)間0.5s；
30、所述擾流柱b的激光點(diǎn)焊參數(shù)為：激光功率300-500w，脈沖頻率100hz，占空比50%，離焦量0mm，保護(hù)氣流量20l/min，點(diǎn)焊時(shí)間0.5s。
31、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其優(yōu)選方案為，所述步驟八中，外層壁對(duì)接焊縫的電子束焊參數(shù)為：焊接速度20mm/s，電壓150kv，電流3-5ma無擺動(dòng)，或電流5-8ma配合三角波擺動(dòng)，其擺動(dòng)頻率50hz，幅度0.5mm；
32、外層壁對(duì)接焊縫的激光焊參數(shù)為：焊接速度20mm/s，激光功率700-900w，脈沖頻率100hz，占空比50%，離焦量0mm，保護(hù)氣流量20l/min。
33、所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其優(yōu)選方案為，所述步驟八完成后，對(duì)受焊接熱影響且直徑減小的沖擊孔進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔以恢復(fù)形貌變化。
34、有益技術(shù)效果
35、本發(fā)明基于火焰筒筒壁的沖擊孔與擾流柱排布需求，通過改進(jìn)外層壁及內(nèi)層壁結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)新的焊接結(jié)構(gòu)與焊接工藝；
36、1、本發(fā)明采用整體機(jī)械加工內(nèi)層壁時(shí)，可減少構(gòu)件整體焊接變形及殘余應(yīng)力；當(dāng)采用內(nèi)壁拼接結(jié)構(gòu)時(shí)，可自由選擇焊縫位置，用于調(diào)控整體焊接變形及應(yīng)力分布；
37、2、擾流柱與內(nèi)層壁一體化設(shè)計(jì)，外層壁在預(yù)留的擾流柱位置拼接，有利于內(nèi)外層孔柱結(jié)構(gòu)的精確定位；
38、3、通過改進(jìn)內(nèi)外壁拼接焊縫結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)沖擊孔、擾流柱與氣膜孔在圓周方向上的均勻分布，各位置冷卻能力一致，避免在焊接處出現(xiàn)燒損，提高構(gòu)件壽命，減少失效風(fēng)險(xiǎn)。
1.一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括內(nèi)層壁和外層壁；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述內(nèi)層壁為采用鍛造制備的整體筒體，或由多個(gè)弧形板通過高能束焊接拼接而成；當(dāng)采用拼接結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)層壁焊縫與外層壁焊縫在圓周方向上交錯(cuò)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述擾流柱b沿周向周期性分布為一排，其高度超過外層壁板厚，用于外層壁拼接時(shí)的定位與焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其特征在于：包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其特征在于：所述步驟一中，電子束焊參數(shù)為：焊接速度20mm/s，電壓150kv，電流6-8ma無擺動(dòng)；或電流5-12ma配合三角波擺動(dòng)，其擺動(dòng)頻率50-100hz，幅度0.5mm；
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其特征在于：所述步驟八中，擾流柱b的電子束點(diǎn)焊參數(shù)為：電壓150kv，電流3-5ma，擺動(dòng)頻率50hz，擺動(dòng)幅度0.2mm，波形為圓波，點(diǎn)焊時(shí)間0.5s；
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其特征在于：所述步驟八中，外層壁對(duì)接焊縫的電子束焊參數(shù)為：焊接速度20mm/s，電壓150kv，電流3-5ma無擺動(dòng)，或電流5-8ma配合三角波擺動(dòng)，其擺動(dòng)頻率50hz，幅度0.5mm；
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種火焰筒筒壁結(jié)構(gòu)的高能束焊接制造方法，其特征在于：所述步驟八完成后，對(duì)受焊接熱影響且直徑減小的沖擊孔進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔以恢復(fù)形貌變化。