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机匣焊缝表面质量及性能提升超声冲击强化技术

获奖分类: 陕西省科学技术进步奖

获奖名称: 机匣焊缝表面质量及性能提升超声冲击强化技术

获奖年份: 2021

获奖级别: 三等奖

主要完成单位: 中国航空动力股份有限公司,山东华云机电科技有限公司

主要完成人: 王元祥,赵华卫,张婵,余杰,赵显化,梁养民,王建涛

成果简介:

中国航发动力股份有限公司于2012年对所承担的某型在役航空发动机燃烧室机匣焊接组件及风扇机匣焊接组合件在新品生产及成品使用过程中长期存在的机匣焊缝表面出现应力裂纹的问题开展了《豪克能消除焊接应力技术应用基础研究》的科技攻关项目(课题编号KT-12075)。2013年按照陕西发改委《关于航空发动机关键技术攻关建设项目备案的通知》(陕发改动员〔2013〕1630号)文件批复,同意中国航发动力股份有限公司开展航空发动机关键技术攻关建设项目,以提高航空发动机燃烧室机匣加工效率和加工质量为目标,项目组持续十余年围绕航空发动机机匣焊缝表面质量及性能提升超声冲击强化技术开展研究,取得如下创新成果:1)发明了一种针对机匣焊缝表面超声冲击强化的方法和豪克能超声冲击强化设备,能够有效降低零件表面粗糙度,预置压应力、细化晶粒,以提高疲劳强度2)设计了专用的气压式超声冲击强化执行器和高硬度圆饼形工具头,并与数控卧车集成,形成了内套组合件成套加工工艺,实现了内套组合件焊缝表面的超声冲击强化处理,表面粗糙度达到Ra0.4以下,压应力深度达到1.2mm以上,有效解决了机匣精加工后焊缝区域的“荧光显现”问题3)设计了带台肩的针状式冲击头,优选了超声冲击强化加工参数,实现了对大修风扇机匣孔探仪座焊缝周围狭小空间区域的超声冲击强化处理,降低了焊趾处的应力集中系数,形成了压应力,解决了返厂修理风扇机匣孔探仪座焊后热处理变形大且无法消除焊接应力的难题4)通过对风扇机匣焊接组合件叶片榫头周围焊缝表面进行豪克能超声强化处理,将焊趾处余高、凹坑和咬边冲击成圆滑的几何过渡,从而大大降低焊趾的应力集中系数,实现了提高工件焊缝疲劳寿命的目的,解决了风扇机匣焊接组合件在使用过程中焊缝出现疲劳裂纹的问题。

本项目取得相关授权专利5项,发表论文3篇,形成企业标准2项。总体技术达到国际先进水平,实现了超声强化装置的自主研发,提质增效显著。

项成果已成功应用于某型在役航空发动机的烧室机匣和风扇机匣焊接组合件的工程化生产中,该技术应用以来,发动机的焊接件的疲劳寿命大幅提高,产品质量明显改善,有效提高了航空发动机的服役寿命,大幅减少了航空发动机返厂修理的次数,为空军的后勤工作做出了有力保障。该项成果在中国航发动力股份有限公司内已推广至其它科研型号的发动机产品的研制中,大幅缩短了科研型号发动机的研制周期,加速了国产新型航空发动机服役的进程,满足了我国国防亟需。成果不仅满足了我国航空发动机重大战略需求,推动了航空发动机关键零部件的高品质制造,同时也可推广至民用领域,具有显著的经济、军事、社会效益和广阔的应用前景。


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