【正文】 尾噴管焊接維修【摘要】本文論述了尾噴管的類型和結(jié)構(gòu)、常見故障及其產(chǎn)生故障的原因，并對其故障的焊接維修方法進(jìn)行了介紹。其中主要介紹了氣焊和氬弧焊對尾噴管的維修，及尾噴管的噴口修理，并對焊接常見缺陷問題也進(jìn)行了簡單敘述。關(guān)鍵詞: 尾噴管 氣焊 氬弧焊 維修 裂紋Abstract： This paper discusses the nozzle type and structure, its mon faults and the cause of fault, and the fault of welding repair method is introduced in this paper. It mainly introduces the gas welding and argon arc welding of the nozzle and the nozzle spout repair, repair, and the welding defects were also briefly describedKeywords: nozzle welding argon arc welding repair of cracks目 錄第一章 尾噴管簡介 6 尾噴管定義 6 尾噴管的分類 6 尾噴管的研究的主要研究方向 6第二章 尾噴管結(jié)構(gòu) 6 尾噴管的結(jié)構(gòu)示意圖 6 尾噴管的安裝示意圖 7第三章 尾噴管常見故障 8 8 8 尾噴管安裝邊裂紋 8 簡體裂紋 10 筒體滾焊縫裂紋、脫焊 12 尾噴管錐體及整流支板裂紋、脫焊 14 尾噴管錐體蓋磨損 16第四章 尾噴管焊接維修 17 尾噴管常見裂紋焊接維修 17 18 19第五章 焊接維修常見缺陷及其危害 20 20 20 21 21結(jié) 束 語 24謝 辭 25文 獻(xiàn) 26第一章 尾噴管簡介 尾噴管定義尾噴管又稱排氣噴管、噴管或推力噴管。它是噴氣發(fā)動機中使高壓燃?xì)猓ɑ蚩諝猓┡蛎洝⒓铀俨⒁愿咚倥懦霭l(fā)動機的部件。尾噴管是引導(dǎo)渦輪后燃?xì)庀蛲鈬娚涞慕M合件。它安裝在渦輪發(fā)動機的后端，其主要功用是將從尾噴管中流過的燃?xì)鉄崮茏優(yōu)閯幽?，使發(fā)動機產(chǎn)生推力，并將燃?xì)馀懦鰴C體之外。在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機機上, 尾噴管的功能是將從渦輪(或加力燃燒室)流出的燃?xì)馀蛎浖铀?將燃?xì)庵械囊徊糠譄犰兽D(zhuǎn)變?yōu)閯幽?從尾噴管高速噴出,產(chǎn)生反作用推 力. 有的尾噴管還帶有反推力裝置,以縮短飛機著陸時的滑行距離。有的尾噴管 還帶有消音裝置,以減少排氣的噪聲。有的尾噴管可以改變射流方向,稱為矢量 噴管,它可以使燃?xì)馍淞飨蛏舷伦笥也煌较蚱D(zhuǎn)一個可以操縱的角度,對飛機 產(chǎn)生一個俯仰或左右偏轉(zhuǎn)的力矩,便于在高速飛行中對飛機進(jìn)行操縱和控制。 尾噴管的分類據(jù)尾噴管出口氣流噴射速流的不同,可以分為亞聲速噴管和超聲速噴管 ,超聲速噴管為收斂擴(kuò)張形噴管。各種不同類型的尾噴管歸結(jié)為兩大類： 一類為固定噴管，包括簡單收斂噴管和高涵道比 分開排氣噴管；另一類為可調(diào)面積噴管，包括引射噴管、收斂擴(kuò)張噴管、塞式噴管以及各 。 尾噴管的研究的主要研究方向?qū)ξ矅姽艿难芯恐饕性趪姽艿膬?nèi)特性和氣動載荷兩方面。在噴管的內(nèi)特性方面所考慮的 是噴管的推力系數(shù)和流量系數(shù)隨噴管的流動損失、漏氣量、冷卻空氣損失和氣流分離損失的變化，供發(fā)動機性能計算用。在氣動載荷研究方面，要估算作用在主噴管、副噴管調(diào)節(jié)和外魚鱗片上的氣動載荷，用于零件結(jié)構(gòu)強度設(shè)計和作動系統(tǒng)設(shè)計。第二章 尾噴管結(jié)構(gòu) 尾噴管的結(jié)構(gòu)示意圖下圖是離心式噴氣發(fā)動機尾噴管示意圖，從圖中可見它由排氣管和尾噴口兩部分組成。圖 1 尾噴管結(jié)構(gòu)示意圖 尾噴管的安裝示意圖圖２是離心式發(fā)動機尾噴管的所有零件及其安裝順序圖。從圖中可見它由外錐形筒體１和整流內(nèi)錐體２、整流支板７、外罩４等組成。燃?xì)饬鲝耐搀w與整流錐之間流過。整流內(nèi)錐體用四個穿過排氣管套及錐體的固定螺栓與外管連接起來。螺栓裝在整流支板內(nèi)，整流支板做成流線形，能排除渦輪后燃?xì)獾臏u流。因為排氣管壁與錐體的受熱溫度不同，所以它們的熱變形也不樣，以致在鋼性的連接中能引起溫度應(yīng)力。為了避免這種溫度應(yīng)力，只有把整流支板焊在排氣管外壁上，并把整流支板很松地放在錐體的凹槽中。為了增加剛性，在排氣管的外面用焊好的環(huán)形肋條加強。噴口借安裝邊與尾噴管同螺栓相連。外錐形簡體、噴口、整流內(nèi)錐體和錐體底蓋等采用 1Cr8NiTi制造，工作在 800℃以下；如果要工作在 850℃ 以下，就要用含 Nb的耐熱鎳鉻鋼制造；整流支板則用GH30制造。 圖 ２ 離心式壓縮機發(fā)動機的尾噴管的零件及其安裝順序１—外錐形筒體；２—內(nèi)錐整流體；３—空氣加溫套；４—外罩；５—支承圓；６—緊固螺栓；７—整流支板；８—錐體底蓋；９—箍圈；１０—加強圈；１１—尾噴筒全圖；１２—尾噴口。第三章 尾噴管常見故障尾噴管故障與燃燒室部件故障的現(xiàn)象和分布規(guī)律有許多相同之處，歸納起來見圖 3。圖 3 尾噴管常見故障與故障率下面就上面所提的尾噴管常見故障，對其進(jìn)行了具體分析，并提出來相應(yīng)維修方法。 尾噴管安裝邊裂紋尾噴管安裝邊裂紋有兩種。一種是從安裝邊圓孔開始，發(fā)展為貫穿圓孔的裂紋，這種裂紋與渦輪外環(huán)、導(dǎo)向外環(huán)的安裝邊圓孔裂紋是相似的；另一種是安裝邊轉(zhuǎn)角根部 （圓角處）的圓周裂紋，這種裂紋沿著圓周方向發(fā)展 （圖 4）。前一種裂紋，最后會發(fā)展為橫貫安裝邊，多數(shù)沒有越過這個轉(zhuǎn)角，個別情況有超過轉(zhuǎn)角發(fā)展到主體上。后一種裂紋一般長度 ３０～４０ｍｍ左右，最長也有發(fā)展到接近 １００ｍｍ的。安裝邊轉(zhuǎn)角根部的圓周的裂紋，還有一個特點，即發(fā)生在海軍用發(fā)動機上最多，而且裂紋都集中在安裝邊的下方，與安裝邊承受重力負(fù)荷的分布相反。圖 4尾噴管安裝邊角根部 （圓角處）圓周方向裂紋尾噴管安裝邊裂紋的性質(zhì)　　對于貫穿圓孔的裂紋，當(dāng)其未發(fā)展到貫穿圓孔，僅僅在圓孔到邊緣上時，屬于穩(wěn)定性故障；當(dāng)發(fā)展為貫穿圓孔以后屬于過渡性故障；對于安裝邊轉(zhuǎn)角的根部圓周方向裂紋的性質(zhì)，尚無肯定結(jié)論，從經(jīng)驗判斷，仍屬過渡性的，從使用經(jīng)驗來看，仍未發(fā)現(xiàn)因為這種裂紋而引起安裝邊斷裂事件 （圖 5）。尾噴管安裝邊貫穿圓孔裂紋產(chǎn)生的原因，通常認(rèn)為與渦輪外環(huán)、導(dǎo)向外環(huán)安裝邊裂紋原因一樣，此處從略。圖 5尾噴管安裝邊圓孔裂紋安裝邊轉(zhuǎn)角根部 （圓角處）的圓周方向裂紋原因，從現(xiàn)象看屬于熱應(yīng)力裂紋，即由于安裝邊局部溫度過高，溫差過大，造成局部熱應(yīng)力過大而產(chǎn)生開裂；也有一種看法，認(rèn)為是屬于機械振動疲勞裂紋，可能尾噴管仍有局部共振。這兩種說法，目前未有肯定結(jié)論，有待進(jìn)一步研究。為了排除尾噴管安裝邊裂紋故障，可采用銑花邊預(yù)防，仍有一定的效果；對已經(jīng)有裂紋的安裝邊，采用焊接排除，也是可行的。尾噴管安裝邊裂紋嚴(yán)重的，焊接數(shù)量和部位過多的，還可以采用切除安裝邊，重新更換新的安裝邊的方法，延長尾噴管的使用壽命。 簡體裂紋尾噴管筒體裂紋，出現(xiàn)較多的是 ５、６號燃燒室所對的扇形出口附近的噴管筒體。裂紋離開噴管安裝邊不遠(yuǎn)，在垂直支板下部的位置較多；另有一部分筒體裂紋出現(xiàn)在熱電偶座附近。裂紋多數(shù)是單條的，也有是枝狀裂紋及碎裂紋。裂紋長度一般在 １０～２０ｍｍ左右，也有長度達(dá)到 ５０ｍｍ。圓周方向和軸向裂紋都有，多數(shù)還隨著出現(xiàn)局部變形和筒體鼓起等現(xiàn)象。根據(jù)導(dǎo)向葉片排氣邊裂紋的統(tǒng)計，在 ５、６號扇形的導(dǎo)向葉片排氣邊裂紋最多，所占百分比較大，聯(lián)系尾噴管的情況來看，這兩個扇形所對應(yīng)的尾噴管筒體的裂紋，也是最多的。說明二者之間有一定的聯(lián)系，而且位置特征比較明顯 （圖 6）。圖 6尾噴管筒體裂紋關(guān)于尾噴管筒體的故障性質(zhì)，根據(jù)翻修噴 管的經(jīng)驗，以及外場發(fā)現(xiàn)的裂紋發(fā)展情況看，噴管筒體裂紋屬于穩(wěn)定性故障。筒體部位的裂紋出現(xiàn)以后，發(fā)展是緩慢的，也不產(chǎn)生閉合掉塊。在外場使用中，發(fā)現(xiàn)尾噴管裂紋是較多的，但是未發(fā)現(xiàn)噴管裂紋造成過飛行事故。曾經(jīng)對尾噴管靠近6號導(dǎo)向扇形出口附近的筒體裂紋，進(jìn)行過300h的長期試車試驗，試車前裂紋長度30mm，試車后略有增長，達(dá)到 35mm，顯然發(fā)展很緩慢。尾噴管筒體裂紋原因現(xiàn)在仍沒有肯定的結(jié)論。不過從故障現(xiàn)象分析，歸納起來大致有下列幾種：1.熱應(yīng)力裂紋:由于渦輪后溫度場分布不均，溫差過大而引起的熱應(yīng)力裂紋，這種裂紋多數(shù)是屬于單條的，特別是6號扇形出口，靠近安裝邊附近溫度較高，容易出現(xiàn)這種故障。2局部溫度過高，產(chǎn)生裂紋：認(rèn)為是屬于高溫?zé)龤再|(zhì)的，如筒體軸向碎裂紋就是由于局部溫度過高而引起的。在發(fā)動機推加速性時，火焰瞬時延伸到尾噴管部位 （開始加速時，前5秒內(nèi)火焰有伸延到尾噴管現(xiàn)象），因而引起尾噴筒筒體瞬時局部溫度過高，以致產(chǎn)生裂紋。3垂直支板共振引發(fā)裂紋：這是由于垂直支板在燃?xì)鉀_擊下振動，再加以支板本身的重量都壓在下方，引起垂直支板下方的主體材料磨損，材料減簿，逐漸引起主體表面出現(xiàn)成片的碎裂紋，最后發(fā)展而成為垂直支板下方主體裂紋。這種分析認(rèn)為裂紋是振動產(chǎn)生的，可能與垂直支板在某種轉(zhuǎn)速下發(fā)生共振有關(guān)。4燃燒氣體的聲振引起筒體裂紋：因為尾噴管噪音很大，由于頻率較高，會引起高頻共振而產(chǎn)生疲勞裂紋。以上四種分析，那一種是主要的，目前沒有最后結(jié)論。目前仍沒有預(yù)防尾噴管筒體裂紋的辦法，比較有效的排除辦法就是補片修理。單純的焊接是不行的，因為焊接后發(fā)動機工作不久，就會在焊縫附近出現(xiàn)新的裂紋。 筒體滾焊縫裂紋、脫焊尾噴管滾焊縫裂紋有軸向和周向兩種。這兩種滾焊縫裂紋與其它零組件滾焊縫比較，如與火焰筒、燃?xì)鈱?dǎo)管滾焊縫裂紋比較也有共性。沿滾焊縫圓周方向裂紋，大都屬于單條的，裂紋長度一般 40～50mm，較長的也可達(dá)100mm，多數(shù)出現(xiàn)在有輪緣的滾焊縫上 （靠筒體外壁的輪緣），而且首先出現(xiàn)在輪緣那邊（筒體外壁與輪緣是滾焊相接的）；在筒體內(nèi)壁上也有，但是比較少。滾焊縫的軸向碎裂紋是成片出現(xiàn)，不是單條裂紋，而且都是與滾焊縫上的 “點核”裂紋同時出現(xiàn)，在噴管圓周方向滾焊縫出現(xiàn)較多 （圖 7）。圖 7尾噴管滾焊縫裂紋滾焊縫脫焊故障表現(xiàn)在滾焊的搭接體上有開口的現(xiàn)象。這種脫焊，在尾噴管的滾焊縫上都是局部出現(xiàn)。脫焊長度不等，無規(guī)律性 （圖 8）。滾焊縫的裂紋，無論單條和軸向的碎裂紋，根據(jù)翻修的經(jīng)驗判斷都是屬于過渡性的，發(fā)展到一定階段有可能產(chǎn)生滾焊縫掉塊現(xiàn)象。不過在實際使用中，在尾噴筒部位，仍然很少發(fā)現(xiàn)滾焊縫掉塊。單條裂紋到一定長度以后，發(fā)展速度減慢，趨于穩(wěn)定。尤其是橫斷滾焊縫的碎裂紋，都是由 “點核”發(fā)展起來，發(fā)展也是很緩慢的，許多存在 “點核” 的滾焊縫，經(jīng)過很長工作時間，也不出現(xiàn)軸向的碎裂紋。關(guān)于尾噴管滾焊縫裂紋和脫焊原因，根據(jù)翻修的經(jīng)驗判斷，可能與火焰筒和燃?xì)鈱?dǎo)管滾焊縫裂紋原因相類似。其次，與滾焊工藝條件可能也有關(guān)系。滾焊縫裂紋，目前無預(yù)防辦法?？梢圆捎猛谘a，重新焊接的辦法來排除，效果較好。對于輕微的軸向滾焊縫碎裂紋，由于它的發(fā)展較慢，危險性不大，可以繼續(xù)使用一段時間，沒有什么影響。圖 8 尾噴管安裝邊滾焊縫局部脫焊 尾噴管錐體及整流支板裂紋、脫焊尾噴管錐體裂紋大多數(shù)產(chǎn)生在整流支板附近的主體材料上，軸向和圓周方向都有。其次是產(chǎn)生在滾焊縫及附近，與筒體裂紋很相似，與滾焊縫的裂紋基本是同一類型 （圖 9）。圖 9 尾噴管錐體滾焊縫整流支板裂紋這種故障一部分出現(xiàn)在支板的點焊點附近，有時是從點焊點發(fā)展出來的。裂紋長度一般在10mm左右，但也有的達(dá)到 50mm；有少數(shù)裂紋形成閉合狀裂紋。其次，出現(xiàn)在支板排氣邊和進(jìn)氣邊轉(zhuǎn)角的部位較多；整流支板內(nèi)部的支撐板裂紋也比較普遍。錐體和整流支板的裂紋，大多數(shù)和筒體裂紋性質(zhì)一致，屬于穩(wěn)定性故障。個別的也有屬于過渡性質(zhì)的，如整流支板裂紋，有時產(chǎn)生閉合掉塊。但是即使掉塊，也不具有很大的危險性。關(guān)于錐體和整流支板裂紋原因，一般認(rèn)為和筒體裂紋具有一致性，本節(jié)從略。關(guān)于整流支板及錐體的脫焊　　這種故障是出現(xiàn)在支板的點焊點和滾焊縫及錐體的滾焊縫上。這種脫焊性質(zhì)與筒體的滾焊脫焊性質(zhì)相同。根據(jù)經(jīng)驗判斷，可能與噴管部位溫度場分布不均勻有關(guān)；個別情況與滾焊工藝的質(zhì)量也有關(guān)系。 尾噴管錐體蓋磨損 尾噴管錐體蓋與渦輪盤是很靠近的，在使用過程中產(chǎn)生錐體蓋與渦輪盤相碰，而造成錐體蓋磨損故障 （圖10）。設(shè)計上錐體蓋是不會與渦輪盤接觸。所以，這種磨損屬于一種不正?，F(xiàn)象。錐體蓋磨損不僅僅是損壞錐體蓋，對渦輪盤也有損害，而且在飛行中，會造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降或空中停車，這種故障屬于危險性故障。 圖 10 尾噴錐體蓋磨損產(chǎn)生錐體蓋與渦輪盤磨損故障的原因，目前有兩種不同的分析。第一種認(rèn)為是由于錐體蓋構(gòu)造本身的原因引起的。錐體蓋設(shè)計時，端面有四個均勻壓孔，可以均衡錐體內(nèi)和渦輪盤與錐體之間的燃?xì)鈮毫Σ睢５峭捎谑褂脮r間長，端面石棉布鉚接部位局部損壞，以致石棉布產(chǎn)生松弛，燃?xì)庥锌赡芘艿绞薏嫉暮竺嫒ィ沟檬薏脊钠?，塞住均壓孔，造成錐體內(nèi)部的壓力大于渦輪盤與錐體蓋之間的燃?xì)鈮毫?，致使錐體蓋鼓起，與渦輪盤接觸而產(chǎn)生磨損。錐體端面石棉布松動，主要是由于構(gòu)造上采用鉚接固定，固定方式是不可靠的；發(fā)動機工作到600h左右，許多固定石棉布的鉚釘松動或脫落，石棉布松動，容易產(chǎn)生堵塞均壓孔而造成上述故障。另一種分析，認(rèn)為沒有特殊的外因，不會引起錐體蓋鼓起現(xiàn)象。主要是通過大量的返廠錐體蓋磨損觀察，發(fā)現(xiàn)有些發(fā)動機四個均壓孔完全堵塞，石棉布也松脫嚴(yán)重，但也不產(chǎn)生上述錐體蓋鼓起現(xiàn)象。產(chǎn)生上述的這種接觸磨損只出現(xiàn)過兩次；因此，說明尚有特殊的因素未搞清楚。這種分析也是可能的。所以目前對錐體蓋磨損的故障原因仍無最后結(jié)論。解決這種故障的辦法，在構(gòu)造上改變這種固定錐體蓋石棉布的方式是有效的；其次,保證通氣試驗合格，也能預(yù)防這種故障。后來，制造廠改用壓條點焊的辦法，代替錐體蓋石棉布鉚接工藝，在