某型飛機(jī)平尾轉(zhuǎn)軸焊接及熱處理的研究和控制

　　摘 要：平尾轉(zhuǎn)軸是連接某型飛機(jī)平尾與機(jī)身的主要受力部件，但由于其外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，型腔外形和內(nèi)形均為理論型面，且型腔壁厚隨理論外形變化而變化，故采用一般的焊接工藝和熱處理方法難以滿足產(chǎn)品質(zhì)量和性能的要求。 本文通過(guò)研究平尾轉(zhuǎn)軸兩處疲勞關(guān)鍵區(qū)的焊接缺陷和熱處理變形，并結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的工藝方法，綜合得出較理想的焊接工藝和熱處理方法。
　　關(guān)鍵詞：平尾轉(zhuǎn)軸 焊接 熱處理變形 工藝控制
　　中圖分類(lèi)號(hào)：V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　1 引 言
　　平尾轉(zhuǎn)軸是飛機(jī)平尾部件的主要受力件和關(guān)鍵件，部件存在兩處疲勞關(guān)鍵區(qū)，該件又稱為疲勞關(guān)鍵件。關(guān)鍵件在產(chǎn)品形成過(guò)程中大都加工難道大、質(zhì)量難以控制，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定，達(dá)不到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，從而影響整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量性能和交付進(jìn)度。為了達(dá)到和滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用要求，在產(chǎn)品形成過(guò)程中選擇何種工藝過(guò)程和方法是尤為重要的。除工藝準(zhǔn)備充分、工藝順序安排合理，還需要尋求先進(jìn)的工藝方法和特種工藝，才能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量性能要求。
　　2 零件結(jié)構(gòu)分析和采取的工藝控制方法
　　飛機(jī)平尾轉(zhuǎn)軸如圖1所示。
　　
　　
　　2.1 零件左端結(jié)構(gòu)焊接和熱處理分析
　　零件左端為一回轉(zhuǎn)體，采用常用的機(jī)械加工方法容易滿足其形狀和幾何尺寸精度要求。但是該區(qū)域存在一處疲勞關(guān)鍵區(qū)B1，B1區(qū)域由左轉(zhuǎn)軸與主體焊接而成。焊接工藝給零件形狀精度和幾何尺寸精度帶來(lái)以下問(wèn)題：
　　（1）該零件材料均為30CrMnSiA，從材料上分析，30CrMnSiA屬于高強(qiáng)度鋼，含碳量較高，其焊接性能非常不好，焊接時(shí)要求預(yù)熱和保溫溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)、不易焊透；且焊后變形量大，易產(chǎn)生夾渣和裂紋。為了消除焊接應(yīng)力，焊后回火去應(yīng)力要求的保溫時(shí)間也較長(zhǎng)，且易產(chǎn)生氧化皮層。
　?。?）該零件焊接后要求進(jìn)行熱處理：σb =1175MP±100MP，但熱處理過(guò)程中焊縫容易產(chǎn)生裂紋和脫碳。
　?。?）由于以上缺陷，會(huì)減低焊縫強(qiáng)度。而該焊縫正處于疲勞關(guān)鍵區(qū)B1區(qū)域，如果不能保證焊縫質(zhì)量，將不能滿足疲勞關(guān)鍵的要求，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品造成不可估量的質(zhì)量事故和重大經(jīng)濟(jì)損失。
　　2.2 零件右端結(jié)構(gòu)和熱處理分析
　　 零件右端為理論型腔，用常規(guī)的機(jī)械加工方法無(wú)法滿足要求，只能用4坐標(biāo)以上的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工。零件熱處理后再進(jìn)行數(shù)控加工，不但對(duì)數(shù)控加工的設(shè)備要求很高，數(shù)控刀具在加工熱處理零件時(shí)刀具磨損特別厲害，對(duì)數(shù)控刀具的剛性要求也特別高，否則會(huì)影響熱處理零件加工后的尺寸精度。
　　 采用熱處理方法對(duì)零件進(jìn)行處理，處理后都存在變形。熱處理后還會(huì)留下一定的氧化皮和脫碳層，從而降低零件的幾何尺寸精度，影響產(chǎn)品質(zhì)量。如圖1所示零件右端存在一處疲勞關(guān)鍵區(qū)B2，與翼面理論外形面直接貼合飛機(jī)蒙皮，如果形面稍有變形，不但影響裝配，還給整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量和性能造成非常大的影響；因此，熱處理前將零件加工到成品尺寸的這一方法不可取。為了改進(jìn)這一質(zhì)量狀況，嘗試對(duì)理論型腔各處留有少許余量，熱處理后再進(jìn)行數(shù)控精加工。熱處理后留有少許余量的優(yōu)點(diǎn)是既不會(huì)對(duì)數(shù)控刀具造成太大的磨損，又能保證理論型腔幾何形狀和尺寸精度，滿足質(zhì)量和性能要求。
　　3 采取的工藝控制方法
　　3.1 焊接方法的選用和控制
　　為了解決以上的焊接缺陷且不降低焊縫強(qiáng)度，必須尋求新的特種焊接工藝方法，并增加對(duì)焊縫進(jìn)行特種檢查的手段。
　　3.1.1 零件左端焊接采用特種焊接工藝——真空電子束來(lái)進(jìn)行焊接，并按照《電子束焊接規(guī)范》（GJB-1718-93）的要求進(jìn)行控制。真空電子束焊接對(duì)零件的熱影響區(qū)域范圍小，焊接后變形量小，不易產(chǎn)生氧化皮和焊接夾渣，焊縫強(qiáng)度高，采用這種方法可較好地滿足焊接質(zhì)量要求。
　　3.1.2 對(duì)焊縫按照Ⅰ焊縫要求進(jìn)行100％的X光射線檢查和100％磁粉探傷檢查，以進(jìn)一步確認(rèn)和控制焊縫的質(zhì)量。
　　3.2 熱處理方法的選用和控制
　　 3.2.1 為了降低熱處理變形、氧化皮和脫碳層的影響程度，采用真空熱處理的方法。真空熱處理加油淬火對(duì)零件的熱處理變形影響最小，零件表面幾乎沒(méi)有氧化皮，脫碳層只有0.02mm，滿足零件熱處理要求。
　　 3.2.2 為了便于熱處理淬火介質(zhì)充分進(jìn)入腔體內(nèi)部且便于熱處理淬火排氣，右端開(kāi)了一個(gè)直徑為15mm的通氣孔，以充分保證熱處理的質(zhì)量。
　　3.2.3 對(duì)焊縫按照Ⅰ焊縫要求進(jìn)行100％的X光射線檢查和100％磁粉探傷檢查，以進(jìn)一步確認(rèn)和控制焊縫的質(zhì)量。
　　3.3 熱處理前后工藝余量的分配
　　 熱處理前后工藝余量的分配有以下三鐘情況：
　　 3．3.1 熱處理前不給零件余量，則熱處理后的零件稍有變形就會(huì)影響零件的產(chǎn)品質(zhì)量和性能；
　　 3.3.2 熱處理前給零件余量過(guò)大，則會(huì)增加熱處理后零件的數(shù)控加工難度，加快刀具的磨損，降低零件的加工精度；
　　 3.3.3 熱處理前給零件余量過(guò)少，雖然對(duì)熱處理后零件的加工有利，但也可能不能包容熱處理的變形量，影響零件的產(chǎn)品質(zhì)量和性能。
　　 從以上三種情況余量分配綜合考慮，確定了熱處理前后工藝余量的分配：除該零件左端內(nèi)孔外，其余內(nèi)外面均留2mm余量在熱處理后再進(jìn)行精加工，這種工藝余量較為合適，能夠滿足零件精度和質(zhì)量的要求。
　　四 結(jié) 語(yǔ)
　　 伴隨軍事科技的飛速發(fā)展，新時(shí)期的四代、五代戰(zhàn)機(jī)通常都以高馬赫數(shù)和大特技飛行，這對(duì)飛機(jī)上關(guān)鍵件的質(zhì)量穩(wěn)定性要求更高，當(dāng)前除了選用新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳鋼外，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，更多的是選用先進(jìn)的加工方法和特種工藝，以提高零件的加工精度和穩(wěn)定性，保證飛機(jī)在高強(qiáng)度下飛行的可靠性。