[go: up one dir, main page]

RU2032509C1 - Method for electron-beam welding of circular joints - Google Patents

Method for electron-beam welding of circular joints Download PDF

Info

Publication number
RU2032509C1
RU2032509C1 SU4951216A RU2032509C1 RU 2032509 C1 RU2032509 C1 RU 2032509C1 SU 4951216 A SU4951216 A SU 4951216A RU 2032509 C1 RU2032509 C1 RU 2032509C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
joint
welding
circular
ring
depth
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Докашев
В.Н. Полегаев
В.А. Гейкин
Г.И. Смирнова
В.В. Баринов
В.А. Устинец
Original Assignee
Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей filed Critical Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей
Priority to SU4951216 priority Critical patent/RU2032509C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2032509C1 publication Critical patent/RU2032509C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

FIELD: welding of parts such as fuel manifolds of gas turbine engines consisting of a circular part and radially-disposed parts. SUBSTANCE: method involves welding in two passes from the opposite sides with beam scanning across the joint and monitoring the alignment of beam with joint plane. Beam scanning amplitude is set not to exceed the permissible thermal expansion of circular joint. Alignment of beam with joint plane is monitored in the course of welding by the presence of splashes in blind holes along the outside diameter of ring. The depth of holes is made to be equal to circle diameter of circular joint and the upper side of each hole is disposed at a certain preset depth of fusion from the part surface at the beam entry side. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии электронно-лучевой сварки и может быть использовано в авиа-, судо- и двигателестроении при изготовлении кольцевых деталей типа топливных коллекторов газотурбинных двигателей (ГТД), имеющих стыкуемые с кольцом радиально расположенные на нем элементы форсунки. The invention relates to the technology of electron beam welding and can be used in aircraft, ship and engine manufacturing in the manufacture of annular parts such as fuel manifolds of gas turbine engines (GTE) having nozzle elements radially arranged on it that are joined to the ring.

Особенностью таких конструкций является необходимость сварки прерывистых, расположенных по кругу стыков, формируемых устанавливаемыми в пазах по наружному диаметру нежесткого кольца относительно жесткими форсунками. A feature of such designs is the need to weld intermittent joints located in a circle, formed by relatively rigid nozzles installed in grooves along the outer diameter of the non-rigid ring.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ сварки, заключающийся в том, что подлежащие сварке круговые стыки сваривают сканирующим поперек стыка лучом. При этом перед сваркой контролируют совмещение траектории движения луча с плоскостью стыка. The closest in technical essence to the proposed method is a welding method, which consists in the fact that the circular joints to be welded are welded with a scanning beam across the joint. In this case, before welding, the alignment of the beam path with the joint plane is controlled.

Сварку за один проход с одной стороны осуществляют на заданную глубину. В случае необходимости сварку можно осуществить и с другой противоположной стороны стыка. Welding in one pass on one side is carried out to a predetermined depth. If necessary, welding can be carried out on the other opposite side of the joint.

Данный способ применяют преимущественно для сварки круговых стыков незначительной протяженности, что позволяет производить разовый предварительный контроль совмещения маломощного луча с плоскостью стыка и это с достаточной степенью точности гарантирует качество сварки изделия. Однако при изготовлении крупногабаритных изделий с большой протяженностью шва такой контроль совмещения луча с плоскостью стыка осуществить нельзя, качество изделия не может быть гарантировано в связи со значительными возможными поводками его из-за больших тепловложений при сварке. This method is used mainly for welding circular joints of small length, which allows one-time preliminary control of combining a low-power beam with the plane of the joint, and this guarantees a high degree of accuracy of the welding quality of the product. However, in the manufacture of large-sized products with a large seam length, such control of the combination of the beam with the butt plane cannot be carried out, the quality of the product cannot be guaranteed due to significant possible leashes due to large heat input during welding.

Кроме того, отсутствие контроля в процессе сварки всей высоты стыка, осуществляемой за два прохода, каждый раз на неполную высоту при имеющих место деформациях колеса может привести к непроварам в середине изделия, что снижает качество его и, кроме того, требует дополнительного контроля после сварки и последующего исправления дефектов изделия. Ответственность и высокая стоимость изделия предъявляют высокие требования к качеству сварки, связанному с отсутствием непроваров по всей высоте и длине стыка. In addition, the lack of control during the welding process of the entire joint height, carried out in two passes, each time to an incomplete height with the occurring wheel deformations, can lead to lack of penetration in the middle of the product, which reduces its quality and, in addition, requires additional control after welding and subsequent correction of product defects. Responsibility and high cost of the product make high demands on the quality of welding associated with the absence of lack of fusion along the entire height and length of the joint.

Целью изобретения является повышение качества сварки изделий типа топливных коллекторов ГТД за счет исключения напроваров прерывистых стыков. The aim of the invention is to improve the quality of welding products such as fuel manifolds of gas turbine engines due to the exclusion of intermittent joints.

На фиг. 1 изображен вид сверху на свариваемое изделие; на фиг 2 то же, вид сбоку. In FIG. 1 shows a top view of the welded product; Fig. 2 is the same side view.

Свариваемые детали кольцо 1 и форсунки 2, количество которых доходит до 40 штук, собирают в приспособлении, устанавливая форсунки 2 в пазы 3, выполненные по наружному диаметру D кольца 1. The parts to be welded ring 1 and nozzles 2, the number of which reaches 40 pieces, are assembled in the fixture by installing nozzles 2 in grooves 3 made along the outer diameter D of ring 1.

Подлежащие сварке стыки 4 между донной частью пазов 3 и форсунками 2 располагаются по окружности с диаметром d1 и формируют круговой прерывистый стык. The joints 4 to be welded between the bottom of the grooves 3 and the nozzles 2 are arranged in a circle with a diameter d1 and form a circular discontinuous joint.

В силу особенности конструкции изделия, имеющего жесткое кольцо 1 и достаточно жесткие форсунки 2, для уменьшения поводок его в процессе сварки осуществляют ее в два прохода с двух противоположных сторон последовательно. Глубину сварки за один проход h задают не менее 1/2 толщины Н свариваемого изделия и не более 2/3 Н для гарантированного проплавления по всей высоте стыка. На втором проходе при этих условиях происходит проплавление всех возможных корневых дефектов первого прохода. Due to the design features of the product having a rigid ring 1 and sufficiently rigid nozzles 2, in order to reduce its leash during the welding process, it is carried out in two passes from two opposite sides in series. The welding depth in one pass h is set not less than 1/2 of the thickness H of the welded product and not more than 2/3 N for guaranteed penetration over the entire joint height. In the second pass, under these conditions, all possible root defects of the first pass are penetrated.

Одновременно в процессе сварки электронный луч перемещают поперек стыка с определенной частотой, обеспечивая сканирование его. Величину амплитуды сканирования задают, исходя из условия возможного смещения стыка от траектории перемещения луча в силу тепловложения и возникающей деформации его. Получаемая сканирующим лучом зона проплавления поперек шва больше ширины зоны, получаемой при прохождении луча по стыку без сканировании и захватывает одновременно со стыком на теоретически заданной траектории перемещения и участки допустимого перемещения стыка от центра. Именно на уходе зоны свариваемого стыка от центра и построен принцип контроля, осуществляемый за отклонением луча от стыка. At the same time, during the welding process, the electron beam is moved across the joint with a certain frequency, providing for scanning it. The magnitude of the scanning amplitude is set based on the condition of a possible displacement of the joint from the path of the beam due to heat input and its deformation. The penetration zone obtained by the scanning beam across the seam is greater than the width of the zone obtained by passing the beam along the joint without scanning and captures simultaneously with the joint on the theoretically specified trajectory the portions of the acceptable movement of the joint from the center. It is precisely at the departure of the zone of the joint being welded from the center that the control principle was built, which is implemented for the beam deviation from the joint.

Контроль осуществляют по наличию брызг в специально выполняемых отверстиях 5. Эти отверстия 5 выполняют еще до сварки деталей в кольце 1 по наружному диаметру D не на полную ширину его. Располагают их между форсунками 2 в теле кольца 1. Глубину глухих отверстий 5 задают до диаметра d окружности стыка, т.е. до теоретический траектории перемещения электронного луча. Связано это с тем, что именно эта линия окружности с диаметром dст является средней, относительно которой задается допустимая величина возможного отклонения стыка от траектории луча. Выполняя амплитуду сканирования луча не более заданной допустимой величины термического расширения кругового стыка, при размещении дна глухого отверстия по этой средней линии контролируется как раз предельно допустимое смещение. Уменьшение амплитуды сканирования соответственно увеличивает точность совмещения луча со стыком, так как более жестко ограничивает предел допустимого расхождения их. The control is carried out by the presence of spatter in specially made holes 5. These holes 5 are performed before welding the parts in the ring 1 along the outer diameter D not to its full width. They are located between the nozzles 2 in the body of the ring 1. The depth of the blind holes 5 is set to the diameter d of the joint circumference, i.e. up to the theoretical trajectory of the electron beam. This is due to the fact that it is this line of a circle with a diameter dst that is average, with respect to which the admissible value of the possible deviation of the joint from the beam path is set. Performing the beam scanning amplitude of not more than the specified permissible value of the thermal expansion of the circular joint, when the bottom of the blind hole is placed along this midline, the maximum permissible displacement is controlled. A decrease in the scanning amplitude accordingly increases the accuracy of alignment of the beam with the joint, since it more strictly limits the limit of their permissible discrepancy.

Для гарантированного отслеживания проплавления выбранной глубины h уровень размещения отверстий по высоте Н кольца строго ограничен. Располагают отверстия 5 так, чтобы его верхняя грань была расположена на заданной глубине h проплавления стыка от поверхности кольца со стороны входа луча. Глубина h проплавления выбирается с учетом пиков проплавления по наименьшей величине их. For guaranteed tracking penetration of the selected depth h, the level of placement of holes along the height H of the ring is strictly limited. Holes 5 are positioned so that its upper face is located at a given depth h of penetration of the joint from the surface of the ring from the side of the beam inlet. The penetration depth h is selected taking into account the penetration peaks by their smallest value.

Технологически отверстия целесообразно выполнять цилиндрической формы, тогда верхнюю грань представляет собой верхняя образующая цилиндра. Возможно выполнение отверстий и прямоугольной формы, но размеры их должны быть незначительны, чтобы не уменьшить еще в большей степени жесткость свариваемой конструкции. Так как отверстия располагают в колесе между пазами под форсунки, то количество их определяется либо количеством промежутков между форсунками, либо их может быть меньше, что зависит от степени поводок по длине свариваемого стыка. Technologically, it is advisable to perform the holes in a cylindrical shape, then the upper face is the upper generatrix of the cylinder. It is possible to make holes and a rectangular shape, but their dimensions should be small so as not to reduce even more the rigidity of the welded structure. Since the holes are located in the wheel between the grooves for the nozzles, their number is determined either by the number of gaps between the nozzles, or they can be less, which depends on the degree of the leash along the length of the welded joint.

В процессе сварки на выбранных режимах при прохождении электронного луча по окружности с диаметром d в случае полного совпадения стыка с траекторией движения или ухода стыка в результате сварочных деформаций на величину не более допустимой величины термического расширения кругового стыка в соответствующем отверстии будут наблюдаться брызги, говорящие о выполнении сварки по стыку и на всю заданную глубину проплавления за один проход. В случае отсутствия брызг в отверстии, что говорит об отходе стыка от траектории луча на недопустимую величину, оператор увеличивает ток сварки, тем самым расширяет корневую часть свариваемого шва, захватывая стык. Возможна установка напротив отверстий 5 коллекторов, которые автоматически отрегулируют вывод луча на изменивший положение стык путем относительного перемещения пушки и изделия, что также обеспечивает проплавление стыка. During welding in the selected modes, when an electron beam passes around a circle with a diameter d in the case of a complete coincidence of the joint with the trajectory of the joint or withdrawal of the joint as a result of welding deformations, sprays will be observed indicating the fulfillment of the circular expansion in the corresponding hole welding along the joint and to the entire specified penetration depth in one pass. In the absence of splashes in the hole, which indicates the departure of the joint from the beam path by an unacceptable value, the operator increases the welding current, thereby expanding the root part of the weld being welded, capturing the joint. It is possible to install collectors opposite the holes 5, which will automatically adjust the beam output to the joint that changed position by relative movement of the gun and the product, which also ensures penetration of the joint.

В качестве примера приводятся результаты опробывания данного способа по ЭЛС топливного коллектора ГТД, выполненного из кольца из жаропрочного никелевого сплава ВЖ 98, диаметром 800 мм и расположенных по его периметру 40 форсунок, установленных в пазах кольца. Диаметр кольцевого прерывистого стыка под сварку получился 600 мм. Толщина стыка 30 мм, ширина обода колеса 18 мм. As an example, the results of testing this method by ELS of a gas turbine engine manifold made of a ring of heat-resistant nickel alloy VZh 98 with a diameter of 800 mm and 40 nozzles located along its perimeter installed in the grooves of the ring are given. The diameter of the annular interrupted joint for welding turned out to be 600 mm. The joint thickness is 30 mm, the width of the wheel rim is 18 mm.

Сварка проводилась на установке ЭЛУ-20, оснащенной энергоблоком ВЭП 60/15 на следующих режимах: Vсв=45 м/ч, Iсв=75-80 мА, Uуск=60 кВ. Welding was carried out on the ELU-20 installation, equipped with a VEP 60/15 power unit in the following modes: Vsv = 45 m / h, Isv = 75-80 mA, Uus = 60 kV.

На образцах предварительно опробованы различные режимы и выбран такой, при котором получаемая ширина шва на половине высоты стыка составляет 1,8 мм. Для гарантированного проплавления по всей высоте (толщине) при обеспечении совмещения луча с плоскостью стыка выбрали глубину проплавления за один проход 2/3 толщины изделия. Various modes were preliminarily tested on the samples and one was selected in which the resulting joint width at half the joint height is 1.8 mm. For guaranteed penetration over the entire height (thickness) while ensuring the alignment of the beam with the junction plane, the penetration depth was selected in one pass 2/3 of the thickness of the product.

Экспериментально же установлено, что собранный узел при сварке нагревается на данных режимах в среднем до 200оС. Исходя из этого, для данного материала установлена по существующим зависимостям возможная деформация кругового стыка L= t dст=1,5х10-6х200х600=1,8 мм, где коэффициент термического объемного расширения, град.-1;
t разность начальной и конечной температур изделия, град.
It was experimentally established that the assembled unit during welding heats up under these conditions on average to 200 ° C. Proceeding from this, for this material, the possible deformation of the circular joint L = t dst = 1.5x10-6x200x600 = 1.8 mm, where the coefficient of thermal volume expansion, deg. -1;
t is the difference between the initial and final temperatures of the product, deg.

dст диаметр кругового стыка, мм. dst diameter of a circular joint, mm.

Сварку производили в два прохода с противоположных сторон изделия. За один проход сварку изделия осуществляют на глубину h=18-20 мм. Отверстия диаметром 4 мм для контроля выполняли, размещая центр его на высоте 20 мм от верхнего торца кольца со стороны входа луча. Сканирование луча проводили с частотой 280 Гц. В процессе сварки при повороте изделия оператор наблюдал за появлением "просыпа" (брызг) в контрольных отверстиях. Welding was carried out in two passes from opposite sides of the product. In one pass, the welding of the product is carried out to a depth of h = 18-20 mm. Holes with a diameter of 4 mm for control were performed by placing its center at a height of 20 mm from the upper end of the ring from the side of the beam inlet. A beam scan was performed at a frequency of 280 Hz. During the welding process, when the product was turned, the operator observed the occurrence of “sprinkling” (spray) in the control holes.

Проварив весь контур с одной стороны изделия, переворачивали его вместе с приспособлением и производили аналогичный процесс сварки с другой стороны изделия вторым проходом. Повторяемость процесса сварки позволила исключить использование контрольных отверстий на втором сварочном проходе. Исследование полученных образцов показало, что на заданных режимах сварки и сканирования луча получен сварной шов с практически параллельными стенками шириной в среднем 1,8 мм. Радиографический контроль не выявил непроваров по стыку, т.е. качество сварки соответствовало высокому качеству изделия. After boiling the entire circuit on one side of the product, we turned it along with the fixture and produced a similar welding process on the other side of the product with a second pass. The repeatability of the welding process eliminated the use of control holes in the second welding pass. The study of the obtained samples showed that at the specified modes of welding and scanning the beam, a weld with almost parallel walls with an average width of 1.8 mm was obtained. Radiographic inspection did not reveal lack of penetration at the joint, i.e. the quality of welding corresponded to the high quality of the product.

На одном из проваренных изделий практически на половине свариваемой длины наблюдалось исчезновение "просыпа" брызг в контрольном отверстии. Незначительное увеличение сварочного тока вывело сканирующий луч на зону стыка, с помощью чего была исключена возможность образования брака изделия, что и было установлено в результате радиографического контроля изделия. On one of the cooked products, almost half of the length to be welded showed the disappearance of “sprinkling” of spray in the control hole. A slight increase in the welding current brought the scanning beam to the joint zone, with the help of which the possibility of defective products was excluded, which was established as a result of radiographic inspection of the product.

Таким образом, предложенный способ позволил получить серию изделий высокого качества, полностью исключить непровар по стыку, тем самым устранить возможность получения брака при изготовлении сложных и дорогостоящих изделий. Thus, the proposed method made it possible to obtain a series of high-quality products, to completely eliminate lack of fusion at the joint, thereby eliminating the possibility of marriage in the manufacture of complex and expensive products.

Claims (1)

СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ КРУГОВЫХ СТЫКОВ, при котором сварку осуществляют сканирующим поперек стыка лучом и контролируют совмещение луча с плоскостью стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки деталей типа топливных коллекторов, состоящих из кольца и радиально расположенных деталей, путем исключения непроваров, сварку осуществляют в два прохода с двух противоположных сторон, амплитуду сканирования луча задают не более допустимой величины термического расширения кругового стыка, а контроль совмещения луча с плоскостью стыка ведут по наличию брызг в глухих радиальных отверстиях, которые выполняют глубиной от наружного диаметра кольца до диаметра окружности кругового стыка, а верхнюю грань отверстия располагают на заданной глубине проплавления от поверхности радиальной детали со стороны входа луча. METHOD OF ELECTRON BEAM WELDING OF CIRCLE JOINTS, in which welding is performed by a beam scanning along the joint and the beam is aligned with the joint plane, characterized in that, in order to improve the quality of welding of parts such as fuel collectors consisting of a ring and radially located parts, by eliminating lack of penetration , welding is carried out in two passes from two opposite sides, the beam scanning amplitude is set no more than the permissible value of the thermal expansion of the circular joint, and the beam alignment control with the plane of the joint, they are guided by the presence of splashes in the blind radial holes, which are carried out in depth from the outer diameter of the ring to the circumference of the circular joint, and the upper face of the hole is placed at a predetermined penetration depth from the surface of the radial part from the side of the beam inlet.
SU4951216 1991-06-27 1991-06-27 Method for electron-beam welding of circular joints RU2032509C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4951216 RU2032509C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Method for electron-beam welding of circular joints

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4951216 RU2032509C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Method for electron-beam welding of circular joints

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2032509C1 true RU2032509C1 (en) 1995-04-10

Family

ID=21582306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4951216 RU2032509C1 (en) 1991-06-27 1991-06-27 Method for electron-beam welding of circular joints

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2032509C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233213C1 (en) * 2003-02-03 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А.Доллежаля" Method for electron-beam welding up of evacuation hole in wall of evacuated vessel
RU2561626C2 (en) * 2013-04-19 2015-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of electron beam welding of circular butts
RU2571673C1 (en) * 2014-07-31 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of turbine rotor manufacturing out of nickel heat-resistant alloy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент С[А N 3873802, кл. B 23K 15/00, 1975. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2233213C1 (en) * 2003-02-03 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А.Доллежаля" Method for electron-beam welding up of evacuation hole in wall of evacuated vessel
RU2561626C2 (en) * 2013-04-19 2015-08-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of electron beam welding of circular butts
RU2571673C1 (en) * 2014-07-31 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of turbine rotor manufacturing out of nickel heat-resistant alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1233124A (en) Steam turbine diaphragm
US7022940B2 (en) Combustor linear and method for making thereof
US8366860B2 (en) Laser welding method
JP2008110404A (en) Method and apparatus for repairing aperture and adjacent defect in flange
US9440310B2 (en) Monolite piston laser welding spatter control
JPH01244120A (en) Gas turbine engine
US20200016703A1 (en) Method of restoring a blade or vane platform
RU2032509C1 (en) Method for electron-beam welding of circular joints
CN110711938B (en) Laser welding method for silencer and cylinder cover
JP5149611B2 (en) Combustor liner replacement panel
US5255508A (en) Fuel nozzle assembly and method for making the assembly
JP4974114B2 (en) How to repair a combustor liner
RU2614894C2 (en) Manufacturing method of fuel injection nozzle unit, manufacturing method of fuel injection nozzle ring and fuel injection nozzle ring
RU2708724C1 (en) Method of electron-beam welding of annular connection of thin-wall shell with cylindrical cover, made of high-strength aluminum alloys
US9724785B2 (en) Radiographic markers for partial penetration welded joints
JP5149612B2 (en) Method for manufacturing a combustor liner replacement panel
US11492928B2 (en) Fixture for holding a rod guide assembly of a fuel control unit of an aircraft engine during welding
JPH06344158A (en) Method and device for electron beam welding
JPH01321084A (en) Laser beam spot welding method for gas turbine combustor
US4479603A (en) Reverse buckling rupture disk assembly method
RU2060134C1 (en) Electron-beam welding apparatus
RU2798932C2 (en) Method for recovery of working blades or guiding vane plate
RU2731688C1 (en) Method for manufacturing of mixing head of combustion chamber of liquid-propellant engine (lpe)
Kravchuk et al. Electron beam welding of thin-wall, small diameter tubes to tube plates
JP6510971B2 (en) Method of manufacturing joined body, and method of manufacturing spark plug