采用保护气体导入和气压维持工装的喷嘴焊接工艺的制作方法

本发明涉及焊接，尤其涉及一种采用保护气体导入和气压维持工装的喷嘴焊接工艺。

背景技术：

1、涡轮喷气发动机是一种依赖于高速燃气流产生推力的热力发动机，喷嘴环作为其核心部件之一，对发动机的性能和可靠性具有重要影响。

2、如附图7所示，喷嘴环通常包括环形基座1和喷口环3，环形基座1的上端设有横截面积自下而上逐渐增大的喇叭状扩口结构，喇叭状扩口结构的内壁面通过环绕排布的支撑臂2连接至喷口环3的下方，支撑臂2内部设有气体通道，气体通道在喇叭状扩口结构的外壁面形成进气口6，在喷口环的上壁面形成出气口7。

3、环形基座作为喷嘴环的连接与定位基础，在装配时用于与发动机其他部件对接固定，在工作状态下，环形基座不仅需要承受高温高压燃气的热冲击，还需承受较大的装配预紧力和工作状态下的气动载荷，因此要求其具有足够的结构强度、良好的密封性能以及均匀的壁厚分布，以避免因热胀冷缩不均而产生局部应力集中，从而保证整个喷嘴环的结构稳定性和密封可靠性。

4、然而，环形基座铸造完成后，受限于铸造工艺，其内壁面难免出现气孔、缩松等铸造缺陷，这些缺陷会严重削弱环形基座的结构强度和密封性能，因此需要进行焊接修补。

5、但是，由于环形基座为薄壁铸件，在焊接修补过程中会使修补区域产生较大的热应力和组织应力，焊后极易在修补区域及其周边产生翘曲变形、微裂纹甚至贯穿性开裂，直接导致产品报废。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供采用保护气体导入和气压维持工装的喷嘴焊接工艺，以解决上述至少一个技术问题。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

3、采用保护气体导入和气压维持工装的喷嘴焊接工艺，包括以下步骤：

4、步骤一：准备待修补的喷嘴环、与喷嘴环配套的外冷装置和内冷装置；所述外冷装置包括两个半圆环，各所述半圆环的两端分别设有对接机构；所述半圆环的内壁上开设有至少两条纵向凹槽和至少两条横向凹槽，纵向凹槽与横向凹槽在交汇处连通；所述半圆环的外壁上设有气接口，气接口通过孔道，与半圆环的内壁上的纵向凹槽和横向凹槽的交汇处连通；所述横向凹槽沿半圆环的弧长方向贯穿半圆环的左右两端；所述内冷装置包括弧形块和弧形垫块，弧形块和弧形垫块之间通过弹性支撑机构连接；所述弧形块的外壁上开设有至少两条竖向沟道和至少两条环向沟道，竖向沟道和环向沟道在交汇处连通；所述弧形块的内壁上设有气接头；所述气接头通过孔道，与弧形块的外壁上的竖向沟道和环向沟道的交汇处连通；环向沟道沿弧形块的弧长方向贯穿弧形块的左右两端；

5、步骤二：将两个半圆环套设在喷嘴环的环形基座外侧并合拢，两个半圆环通过两端的对接机构，拼接成整圆结构，两个半圆环的两端端面之间留有缝隙；将弧形块和弧形垫块放置在环形基座内部，且将弧形块置于待焊接修补位置旁侧，弹性支撑机构向两端撑开，将弧形块和弧形垫块压合于环形基座的内侧壁；

6、步骤三：将保护气源分别连接至气接口和气接头；保护气由气接口引入，经纵向凹槽和横向凹槽覆盖于环形基座的外壁面，完成热交换后由两个半圆环两端端面之间的缝隙排出；保护气由气接头引入，经竖向沟道和环向沟道覆盖于环形基座的部分内壁面，并由弧形块的两端排出，排出的保护气流经焊接修补位置进行局部冷却；

7、步骤四：该处修补完成后，压缩弹性支撑机构，移动弧形块和弧形垫块，使弧形块移动至下一待修补位置旁侧并重新固定，重复步骤三和步骤四。

8、上述设计中，通过外冷装置和内冷装置配合，在焊接修补过程中对环形基座的外壁面和内壁面同时导入持续流动的保护气，实现环形基座内外壁面的均匀降温冷却，抑制了薄壁环形基座在焊接修补过程中的热应力集中和变形开裂风险，提高了焊接修补的合格率和质量可靠性。

9、具体的，弧形块被安装在待焊接修补位置旁侧，保护气由弧形块的左右两端排出后，持续流经焊接修补位置附近，对焊接修补位置进行持续的局部冷却，避免了热量在修补区域局部积聚，进一步提高焊接修补的合格率，并且，弧形块仅覆盖环形基座内壁的部分区域，一处焊接修补完成后可通过压缩弹性支撑机构转动至下一待修补位置并重新固定，实现了工装对焊接修补位置的灵活避让和连续作业，无需反复拆装整个工装，提高了焊接修补操作的便捷性和效率。

10、此外，外冷装置的两个半圆环拼接后对环形基座形成环向外部约束，内冷装置的弧形块通过弹性支撑机构压合于环形基座内侧壁形成内部支撑，两者在焊接热循环过程中提供内外双重抗变形约束，有效抵抗热应力引起的形变。

11、优选，所述半圆环采用不锈钢制成，且半圆环的内壁具有金属钨镀层；所述弧形块采用不锈钢制成，且弧形块的外壁具有金属钨镀层；所述弧形垫块采用不锈钢制成，且弧形垫块的外壁具有金属钨镀层。保证了半圆环、弧形块和弧形垫块具有足够的结构强度和较好的导热性以协同气体冷却提升散热效率，同时，半圆环、弧形块和弧形垫块利用金属钨镀层的高温稳定性，与环形基座之间形成隔离。

12、优选，所述半圆环的高度设定为：小于所适配的环形基座的高度，差值大于0.1mm，小于0.7mm。半圆环包绕在环形基座外，且覆盖支撑臂的进气口，使保护气在覆盖环形基座外壁面的同时，能够经支撑臂内部的气体通道由喷口环的出气口排出。

13、优选，所述半圆环的内壁在高度方向上的半径变化设定为：大于所适配的环形基座的外壁在同一高度的半径，差值大于0.2mm，小于1mm；所述半圆环的内壁在中部以上的位置存在自下而上、适应所适配的环形基座的外壁的变化曲度的，半径逐渐增大的扩口段，从而形成半径逐渐增大的环面。既保证了保护气能够顺畅流动并均匀覆盖于环形基座外壁面各区域，又避免了因间隙过大导致气体流速降低、冷却效果下降。

14、优选，所述半圆环端部的所述对接机构，固定在所述半圆环外侧。半圆环内壁的纵向凹槽和横向凹槽，不受对接机构的占用或干涉。

15、优选，所述对接机构采用竖条状的金属块，所述金属块上开设有螺栓孔；所述金属块与所述半圆环外侧通过粘合剂进行粘结；相邻两个所述金属块之间通过穿设螺栓孔的螺栓固定连接；两个所述金属块固定连接后，两个所述金属块之间留有缝隙，两个所述金属块之间缝隙的宽度不大于1.5cm，不小于0.1mm；两个所述金属块之间的缝隙分别与两个所述半圆环两端端面之间的缝隙，形成连通。金属块与半圆环粘结固定，不削弱半圆环的结构强度，且在相邻两个金属块之间的缝隙配合两个半圆环两端端面之间的缝隙形成完整的排气通道，保证了气体流动的稳定性和持续性。

16、优选，所述弧形块的外壁在中部以上的位置存在自下而上、适应所适配的环形基座的内壁的变化曲度的，半径逐渐增大的外扩段；所述外扩段的弧长覆盖所适配的喷口环周向上的至少四个支撑臂，且外扩段在支撑臂外形成与支撑臂根部贴合的凹陷；至少三条所述竖向沟道和至少三条所述环向沟道均经过所述凹陷。弧形块能够跨越多个支撑臂压合在弧形块上，支撑臂与凹陷配合，防止弧形块在焊接过程中发生转动或窜动，保护气沿着竖向沟道和环向沟道流动，覆盖环形基座内壁的部分区域和支撑臂根部，增加了热交换面积和散热路径。

17、优选，所述弹性支撑机构包括两个可弹性伸缩的支杆，两个支杆分别设置在弧形块的左右两侧；两个所述支杆的一端固定在所述弧形块内壁的中间高度位置，两个所述支杆的另一端与弧形垫块固定连接；在复位状态下，所述支杆的长度大于适配的环形基座的直径；所述支杆的长度具有小于适配的环形基座的直径与弧形块的厚度及弧形垫块厚度差值的弹性状态；两个所述支杆之间通过一连杆固定连接。通过上述弹性支撑机构，弧形块既能够在焊接过程中保持可靠固定，又能够在修补完成后快速释放并移动至下一位置，有效提高了焊接修补操作的便捷性和工装的实用性。

18、优选，所述支杆包括套管和活动杆；所述套管的一端固定在弧形块的内壁面，所述套管的另一端为敞口端；所述活动杆的一端可滑动地插入所述套管的敞口端内，且与套管内底部通过弹簧固定连接；所述活动杆的另一端与所述弧形垫块固定连接；所述连杆固定在所述套管上。

19、有益效果：

20、1、本发明中，通过外冷装置和内冷装置配合，在焊接修补过程中对环形基座的外壁面和内壁面同时导入持续流动的保护气，实现环形基座内外壁面的均匀降温冷却，抑制了薄壁环形基座在焊接修补过程中的热应力集中和变形开裂风险，提高了焊接修补的合格率和质量可靠性。

21、2、本发明中，弧形块被安装在待焊接修补位置旁侧，保护气由弧形块的左右两端排出后，持续流经焊接修补位置附近，对焊接修补位置进行持续的局部冷却，避免了热量在修补区域局部积聚，进一步提高焊接修补的合格率。

22、3、本发明中，弧形块仅覆盖环形基座内壁的部分区域，一处焊接修补完成后可通过压缩弹性支撑机构转动至下一待修补位置并重新固定，实现了工装对焊接修补位置的灵活避让和连续作业，无需反复拆装整个工装，提高了焊接修补操作的便捷性和效率。