錐體焊接工藝改進(jìn)研究

高獻(xiàn)娟　黃青松　闞田田　李根深　宋雨桐（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)　110862）

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錐體焊接工藝改進(jìn)研究

高獻(xiàn)娟黃青松闞田田李根深宋雨桐
（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)110862）

摘要：本文針對(duì)某錐體工作后發(fā)現(xiàn)內(nèi)/外支板安裝座轉(zhuǎn)接R處裂紋問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，并對(duì)焊接工藝進(jìn)行了優(yōu)化，采用焊接組合工裝方案，改善了內(nèi)錐體支板安裝座焊接變形和焊接應(yīng)力，解決了該產(chǎn)品焊接變形大，在校形中再產(chǎn)生應(yīng)力問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)錐體支板安裝座裂紋減少的目的，為提高該產(chǎn)品提供了保障。

關(guān)鍵詞：錐體；安裝座；變形；裂紋

某錐體為錐體殼體和多個(gè)安裝座組成的焊接結(jié)構(gòu)，在制造過(guò)程中存在嚴(yán)重的焊接變形。雖然經(jīng)過(guò)校形后可以裝配使用，但由于存在焊接變形應(yīng)力，工作后發(fā)現(xiàn)錐體內(nèi)/外支板安裝座轉(zhuǎn)接R處裂紋超標(biāo)率達(dá)90%，嚴(yán)重影響零件使用壽命和可靠性。因此，針對(duì)這一問(wèn)題，我們進(jìn)行了焊接工藝改進(jìn)研究。

1 零件材料

錐體殼體和支板安裝座材料均為GH3536，是主要用鉻和鉬固溶強(qiáng)化的一種含鐵量較高的鎳基高溫合金，具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能，在900℃以下有中等的持久和蠕變強(qiáng)度，冷、熱加工成形性和焊接性能良好?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。

2 裂紋原因分析及解決方案

（1）焊接工藝分析，內(nèi)錐體在一定圓周范圍焊縫數(shù)量較多，焊后產(chǎn)生焊接的殘余應(yīng)力過(guò)大，同時(shí)由于校正焊接變形也帶來(lái)2次冷作硬化產(chǎn)生的應(yīng)力所致。（2）由于錐體內(nèi)（外）支板安裝座位置誤差較大，裝配整流支板時(shí)存在干涉應(yīng)力問(wèn)題，工作過(guò)程中振動(dòng)導(dǎo)致受力部位裂紋。

通過(guò)以上技術(shù)分析，要解決問(wèn)題，需要從以下幾方面入手：（1）通過(guò)控制內(nèi)外支板安裝座焊接變形，減少變形后的錘擊校正，避免2次材料冷作硬化及校正應(yīng)力；（2）提高錐體自身結(jié)構(gòu)精度，也就是保證支板安裝座焊接后的位置度，避免在組件擴(kuò)散器裝配焊接過(guò)程中產(chǎn)生干涉，焊接后存在較大裝配應(yīng)力；（3）優(yōu)化焊接后熱處理出去焊接應(yīng)力工藝，加強(qiáng)熱處理去應(yīng)力效果。針對(duì)零件具體情況分析，原錐體壁9個(gè)支板安裝座底孔采用鉆孔沖切工藝，支板安裝座焊接采用按底孔對(duì)接定位焊，再完成氬弧焊。分析產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力原因，原沖壓方法加工的安裝座底孔尺寸公差帶較寬，當(dāng)支板安裝座與其對(duì)接焊時(shí)存在一定的間隙誤差，焊接后由于沿周向分布9個(gè)支板安裝座，每個(gè)安裝座之間由于焊接收縮變形嚴(yán)重，之后需要校正變形部位，滿足組合裝配要求，在校正的過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生2次變形引起的冷作硬化應(yīng)力，同時(shí)支板安裝座自身結(jié)構(gòu)也會(huì)被拉應(yīng)力作用而趨向于開(kāi)口變形。當(dāng)錐體壁與支板組合焊接時(shí)，由于內(nèi)（外）支板安裝座在主體上的周向分布位置精度不高，會(huì)導(dǎo)致在下一級(jí)組件進(jìn)行大組合時(shí)，9塊支板穿過(guò)支板安裝座孔時(shí)產(chǎn)生裝配應(yīng)力，是導(dǎo)致裂紋的原因。

3 工藝優(yōu)化

為了減小焊接變形，從工藝角度可以從以下幾個(gè)方面考慮。選擇合理的裝焊程序：（1）選擇合理的焊接順序（盡可能考慮焊縫能自由收縮，大構(gòu)件應(yīng)從中間向四周進(jìn)行；先焊接收縮量大的焊縫；采取對(duì)稱焊接；采用不同的焊接順序）；（2）預(yù)變形法（反變形法）；（3）預(yù)熱和焊接緩冷；（4）增加焊接部位散熱速度；（5）通過(guò)配以?shī)A具強(qiáng)制控制焊接變形等。對(duì)于錐體結(jié)構(gòu)焊件，我們最直接控制焊接變形手段，就是采用組合焊接夾具法，利用整體脹形剛性限制零件焊接部位收縮變形，從而減少變形殘余應(yīng)力。

4 焊接試驗(yàn)

依據(jù)錐體焊接結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)制造組合焊接夾具為整體脹緊式，利用零件型面定位，9個(gè)支板安裝座焊接形成焊縫處，與零件焊接處接觸的脹塊上表面覆蓋銅皮，脹塊加工有通氬氣保護(hù)槽，在脹塊內(nèi)側(cè)通氬氣，從而使零件在脹緊狀態(tài)下焊接時(shí)，焊縫背面通氬氣保護(hù)，有效控制焊接變形，確保焊接質(zhì)量。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)件焊接后，觀察零件已無(wú)明顯變形，滿足下一級(jí)組件裝配。

5 結(jié)果

錐體由內(nèi)（外）各9個(gè)支板安裝座組成，焊接面積大，焊接后安裝座變形嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)尺寸超出設(shè)計(jì)規(guī)定的尺寸范圍，在組件焊接時(shí)，影響配合間隙，易產(chǎn)生較大焊接變形和應(yīng)力。為消除組件裝配問(wèn)題，需要嚴(yán)格控制錐體的制造質(zhì)量。采用增加焊接夾具工藝，控制焊接變形，避免焊接后人工冷校正帶來(lái)的不利因素。錐體9個(gè)支板安裝座的位置精度的準(zhǔn)確性直接影響組件組合裝配后存在的焊接變形和應(yīng)力水平，因此控制9支板安裝座在錐體上位置精度要求十分重要。采用組合焊接夾具完成錐體內(nèi)（外）支板安裝座組合焊接，零件焊接質(zhì)量大大提高，減少工人校正零件變形工時(shí)和減少工作中裂紋問(wèn)題，將實(shí)現(xiàn)降低零件制造成本和制造周期的效果。

表1　GH536化學(xué)成分（%）

圖1　支板安裝座氬弧焊接變形情況

圖2　采用夾具組合焊接結(jié)果

結(jié)論

（1）通過(guò)以上對(duì)內(nèi)錐體支板安裝座焊接變形分析、組合焊接工裝制造，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的工藝制造錐體，達(dá)到了減小內(nèi)錐體焊接支板安裝座變形和降低焊接殘余應(yīng)水平，保證了內(nèi)錐體自身結(jié)構(gòu)精度，在下一級(jí)組件中裝配9件整流支板時(shí)減少了裝配干涉應(yīng)力，減少了工作后支板安裝座裂紋。（2）通過(guò)錐體焊接工藝改進(jìn)，提高了產(chǎn)品制造質(zhì)量和使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]顏明皋.中國(guó)航空材料手冊(cè)第2卷[M].北京：國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

中圖分類(lèi)號(hào)：TG456

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A