淺談某雙層總管焊接收縮及變形控制

馮大娟

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

雙層總管技術(shù)要求高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊縫多且為雙層結(jié)構(gòu),加工難度大。由于時(shí)間緊,周期短,盡管一些尺寸相同，但結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此要想用原工裝就要將工裝進(jìn)行核對(duì),經(jīng)過(guò)多次分析及研究,最后確定了最為合理的工藝路線、焊接參數(shù)，并采用一套大組合焊接夾具，使之加工出符合設(shè)計(jì)圖的總管。

1 技術(shù)難點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

某機(jī)燃油總管是由16個(gè)扇形段、8個(gè)耳座、2個(gè)三通、96個(gè)凸座、2個(gè)進(jìn)油管組件、2個(gè)堵頭、96個(gè)噴桿組成的雙層結(jié)構(gòu)的總管。

1.2 焊接質(zhì)量要求高

由原來(lái)的單層結(jié)構(gòu)改為雙層結(jié)構(gòu)，技術(shù)要求更高，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。焊接變形及焊接收縮量大，不易控制，焊縫距離噴油孔近不足10，易燒毀噴油孔，焊接困難。

1.3 技術(shù)條件要求高

1.3.1 管子彎曲后圓度不大于0.75。

1.3.2 管子彎曲后壁厚減薄量不大于0.11。

1.3.3 管子上8個(gè)耳座沿圓周均布，對(duì)總管環(huán)中心的位置度要求不大φ0.5、96個(gè)噴桿分上下兩層沿圓周均布，對(duì)總管環(huán)中心的位置度要求不大φ1、垂直度要求不大φ0.5。

1.3.4 所有噴桿噴出的油流的方向，不平行度在100長(zhǎng)度上不大于7。

實(shí)現(xiàn)焊接變形的有效控制，焊接工藝的可重復(fù)性和可操作性。即需要合理編排焊接工藝路線，研制有效控制焊接變形的工裝。滿足總管幾何尺寸要求。必須采取針對(duì)工藝措施，控制焊后幾何尺寸。

2 焊接材料分析

燃油總管主要材料牌號(hào)為GH536，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1

在固溶強(qiáng)化高溫合金中，主要加入固溶強(qiáng)化元素 W、Mo、Cr、Co、Al。這些元素在鎳中的溶解度很大。除部分形成碳化物或氮化物外，幾乎全部溶入基體中，形成面心立方的γ固溶體。在焊接過(guò)程中，合金不會(huì)產(chǎn)生相變，對(duì)合金形成結(jié)晶裂紋無(wú)直接影響。具有液化裂紋的傾向性，為了減小和避免液化裂紋的辦法是盡可能降低熱輸入，減小過(guò)熱區(qū)高溫停留時(shí)間。

3 總管的研制

3.1 工裝的研制

總管工裝研制，參考以往定位結(jié)構(gòu)三套定位焊夾具，為了減化工裝，縮短造周期，降低了工裝制造成本，完成小段，中組合、大組合總管的裝配定位焊。實(shí)踐證明采用一套工裝定位焊接能滿足定位焊接要求。

3.2 確定加工工藝路線

由于總管雙層結(jié)構(gòu)、焊縫數(shù)量140多處，其位置和焊接方向各異，焊接變形及焊接收縮量不易控制，故采用分段焊接方法，將總管分為小段的焊接、組圈的焊接及噴桿、進(jìn)油管的兩次組合焊接。小段焊后經(jīng)校正，減小焊接變形。為控制焊接收縮量，焊前預(yù)留尺寸，焊接收縮在后續(xù)焊接工序中得到補(bǔ)償，焊后收縮量控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。

總管組合焊接工藝如下:

配齊零件-清洗配件-打光待焊處-裝配定位焊-焊接-校正-標(biāo)號(hào)打磨焊縫處-X光檢驗(yàn)-焊接檢驗(yàn)-補(bǔ)焊-裝配定位焊-焊接-校正-打磨焊縫處-X光檢驗(yàn)-焊接檢驗(yàn)-補(bǔ)焊-真空熱處理--校正-液壓試驗(yàn)-沖洗-著色檢查-清洗-排除故障-最終檢驗(yàn)-沖洗-流量試驗(yàn)

總管噴桿及進(jìn)油管同時(shí)焊接，這樣特別是噴桿焊縫距離噴油孔近不足10mm的焊縫不但焊接困難，而且無(wú)法進(jìn)行X光檢查，我們將焊接噴桿和焊接進(jìn)油管分步焊接，首先從在距離孔近噴桿處開(kāi)始焊接，這樣即能保證了焊接質(zhì)量又避免由于焊接時(shí)間長(zhǎng)而燒毀噴油孔，同時(shí)焊接的變形得以控制便于X光檢查。然后焊接進(jìn)油管。

3.3 焊接參數(shù)的確定

焊接工藝參數(shù)確定原則，焊接缺陷防止措施焊接參數(shù)的選擇:鎢極氬弧焊的主要參數(shù)有:焊接電流、焊接速度、保護(hù)氣體流量、電極直徑、極性等。

選擇焊接參數(shù)的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏骱秃附铀俣取：附与娏髋c電弧熱量成正比，在焊接條件、被焊接材料和其他參數(shù)不變的情況下，理論上焊接電流越大，焊件厚度也越大，只要焊接條件、材料和其他參數(shù)不變，那么一定厚度的材料所需要的焊接電流就只能在一定范圍內(nèi)變化，超過(guò)這個(gè)范圍，就可能產(chǎn)生未焊透、焊縫凹陷、燒穿、焊縫太寬等缺陷。

焊接速度:焊接時(shí)零件可獲得線能量q，線能量反比于焊接速度。在焊接材料、焊接條件和焊接電流等參數(shù)不變的情況下，焊接速度越小，線能量越大，而當(dāng)焊接材料、焊接條件和焊接電流等參數(shù)一定時(shí)，一定厚度材料所需的焊接速度也只能在一定范圍內(nèi)變化。如果焊接速度大于這個(gè)合適的范圍，就可能會(huì)造成未焊透，甚至?xí)纬砂枷?、燒穿等缺陷，尤其要注意選用較低的焊接速度。

焊接參數(shù)確定的基本原則:考慮以下幾方面因素，材料、可焊性、材料的厚度、接頭形式和配合間隙、焊件結(jié)構(gòu)及焊接部位、焊接可達(dá)性及焊縫的能見(jiàn)度、焊縫質(zhì)量要求和零件的尺寸精度。

4 總管的焊接變形及焊接收縮量的控制

4.1 焊前準(zhǔn)備

能否焊出優(yōu)質(zhì)焊縫，焊前準(zhǔn)備好壞有著十分重要位置，如表面清理，裝配質(zhì)量等直接影響焊接過(guò)程的穩(wěn)定和焊接質(zhì)量，所以焊前準(zhǔn)備必須給予十分重視。

4.2 焊接變形及其措施

4.2.1 變形產(chǎn)生的原因

焊接都會(huì)產(chǎn)生變形，引起變形最主要的原因是集中熱源局部加熱，在焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，會(huì)使材料不均勻膨脹，處于高溫區(qū)域的材料在加熱過(guò)程中的膨脹量大，受到的周圍溫度較低，膨脹量較小的材料的限制而不能自由的膨脹。于是焊件出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，使高溫區(qū)的材料受到擠壓，產(chǎn)生局部壓縮應(yīng)變，在冷卻過(guò)程中，已經(jīng)經(jīng)受壓縮塑性應(yīng)變的材料由于不能自由伸張，而受到拉伸，于是焊件中又出現(xiàn)了一個(gè)與焊接加熱時(shí)方向大致相反的內(nèi)應(yīng)力。焊后當(dāng)焊件溫度降至正常溫度時(shí)殘留于焊件中的內(nèi)應(yīng)力，則為焊接殘余應(yīng)力，焊后殘留于焊件上的變形，則為焊接殘余變形。

4.2.2 針對(duì)變形采取的措施

a、合理安排零件的裝配焊接順序，盡可能的避免裝配焊接過(guò)程中焊接變形的積累。

b、在夾具限制狀態(tài)下定位焊，有效地減小軸向收縮，定位焊時(shí)先用定位銷在定位孔中定位限制徑向位置變形，從而限制了收縮。

c、預(yù)留焊接收縮余量0.5mm，允許銼修管端調(diào)整收縮余量。

d、焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。

e、焊后校形，焊接后用膠木錘在夾具上手工校正，敲擊焊縫，一方面可以消除焊接殘余應(yīng)力，另一方面有效的減小焊接變形，滿足設(shè)計(jì)圖要求。

4.3 焊接收縮量的摸索

由于總管焊接部位及焊接數(shù)量不同，焊接收縮量也不同，焊接余量留的不充足，在夾具上大組合時(shí)，裝配定位焊比較困難，使總管焊接收縮后直徑為下差，故在小段焊接時(shí)適量加大小段焊接余量，便于總管焊接后裝配，滿足設(shè)計(jì)要求的尺寸。

結(jié)論

通過(guò)此次總管的加工，攻克了某機(jī)燃油總管成型及焊接變形控制的難題，加工的燃油總管符合了設(shè)計(jì)圖要求，滿足了使用需要。使我們更進(jìn)一步掌握了此加工方法，為今后的此類總管的加工積累了一定經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為后續(xù)類似結(jié)構(gòu)總管加工奠定了良好基礎(chǔ)。

[1]劉效方，毛唯.高溫合金的焊接《焊接手冊(cè)》[Z].