HUANG

燃烧室（火焰筒）是发动机的重要热端部件。在工作中，由于经受急热、急冷的热应力和燃气冲击力[1]，火焰筒易发生裂纹等故障[2-4]。随着航空发动机向更新一代发展，采用原有的火焰筒结构，燃烧室进口温度、压力和出口温升将出现大幅度提高，使火焰筒壁温问题越发突出。

解决该问题主要通过2种途径：一是，提高火焰筒材料的许用温度，提高火焰筒对高温的耐受程度；二是，改进火焰筒壁面结构，以提高空气冷却效率，从而在提高燃烧室进口温度、压力和出口温升的同时，还能保证火焰筒壁面的温度不致升高[5]。

但是，目前火焰筒所使用的高温合金材料的许用工作温度很难提高，虽然新型陶瓷基复合材料（如C/SiC)可以替代高温合金材料，但是目前关于其实用性的研究还比较少，尚处于实验室阶段，研究仅限于这种材料的传热行为等[6]。

在火焰筒材料许用工作温度难以提高的前提下，要提高火焰筒的性能，唯一的方法就是改进火焰筒壁面结构，提高空气冷却效率[7]。冲击-对流-气膜复合冷却的浮壁式壁面结构有效地解决了新一代火焰筒的冷却问题，同时还改善了壁面的受力状态，大大提高了火焰筒的性能。但结构的改变，给浮壁式结构火焰筒的制造带来了诸多技术难题，主要包括：（1）浮动壁火焰筒由原来的双层气膜结构变成了薄壁单层结构，整个内外环筒体的结构刚性和强度急剧降低，而其加工精度要求却提高了一个数量级，这对于整个工艺流程提出了更高的要求；（2）薄壁结构更容易产生焊接变形，且变形难于控制；（3）冲击-对流的冷却效果取决于浮动瓦冲击小孔与筒体上的对流孔能否形成对流效应，也就是冲击孔和对流孔的位置不能重叠，这一方面要求浮动瓦型面、定位螺栓、对流孔和扰流柱精铸的相对位置要非常精确，另一方面要求筒体上的浮动瓦装配定位孔和冲击孔的相互位置也要非常精确，这对刚性极差的薄壁件难以做到。

针对该火焰筒结构刚性差，薄壁易变形，尺寸稳定性极差，尺寸精度要求非常高，结构复杂等难点，本文基于焊接结构力学理论，进行结构工艺规划，通过工艺优化设计、预留余量、刚性固定、分区激光打小孔等方法实现了火焰筒结构高精度制造，为新型战机的批量化生产、制造提供了一定的技术保障，本文提出的方法对于其他类似结构也具有指导意义。

火焰筒外环筒体组件工艺路线的制定

通过对组件结构、联结方式、设计精度、热表处理等特殊要求及各个组成零件的结构和尺寸的综合分析，结合火焰筒在发动机上的装配关系和使用要点，规划工艺路线为：以头部转接段作为装配焊接的基础件，首先将主燃孔短管掺混孔短管装配焊接在火焰筒外环上，将火焰筒外环和内环转接段同时装配定位焊到头部转接段上，形成火焰筒的骨架；其次往头部转接段装配钎焊涡流器安装座和挡溅盘，形成火焰筒的头部；再次装配焊接点火电嘴和射流喷嘴，往内环转接段和外环上装配并电子束焊接整体帽罩，完成火焰筒外环筒体的装配和焊接；最后进行真空热处理，校形，加工头部和吊挂，清洗、标印、终检（图1）。

火焰筒外环筒体的焊接及变形控制

焊接热源的局部性特点，都会使焊接产生应力和变形。焊接应力和变形直接影响焊接的强度、刚性、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等[8]。焊接应力与变形的分布及大小受下列因素控制：材料的线膨胀系数、弹性模量、屈服点，焊件的形状、尺寸和温度场。而温度场又与材料的导热系数、比热、密度以及焊接工艺参量和条件密切相关。这些情况使焊接应力变形问题十分复杂[9]，因此在实践中往往采用理论和数值分析与实验相结合的方法来掌握焊接应力变形的规律和影响因素，最终达到预测、控制和调控的目的。

1头部转接段的焊接和变形控制

头部转接段是整个火焰筒的核心，起到承上启下的作用。该火焰筒的头部转接段与其他机种火焰筒的头部转接段不同。由平板料激光加工出的圆环件，整个零件刚性很低，抵抗变形的能力相对更差。与转接段直接相焊接的有内环转接段、火焰筒外环、涡流器安装座和挡溅盘。前两者与头部转接段之间为大的对接环形电子束焊缝，后两者与头部转接段之间为真空钎焊缝。在这些焊缝中引起头部转接段变形最大的是2条电子束焊缝。

焊接头部转接段时主要的焊接变形有：（1）宏观变形：包括收缩变形、失稳变形和扭曲变形，其中收缩变形又包括纵向收缩变形（沿焊缝方向的收缩）和横向收缩变形（垂直于焊缝方向的收缩）；（2）微观变形：包括屈服应变、弹性应变和塑性应变。其中收缩变形和失稳变形表现最为明显。

为保证头部转接段和火焰筒外环及内环转接段3者之间正确的相互位置关系和减小焊接变形，采取以下控制措施：

（1）在火焰筒外环和内环转接段的待焊处的背面预留锁底，锁底宽4mm，锁底突出主体2mm。预留锁底的作用为防止电子束焊接穿透产生的细微颗粒飞溅