自動(dòng)環(huán)焊機(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

高 亮 ，王廣海 ，崔 雷

（1.中國航發(fā) 哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060；2.天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350）

自動(dòng)環(huán)焊機(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

高 亮 1，王廣海 1，崔 雷 2

（1.中國航發(fā) 哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150060；2.天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350）

大量的試驗(yàn)和小批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的焊接方法如手工氬弧焊、火焰釬焊等在焊接管路時(shí)常會出現(xiàn)焊偏、凹陷等缺陷。闡述自動(dòng)環(huán)焊機(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路環(huán)縫焊接的應(yīng)用，確定了不同規(guī)格管路的焊接參數(shù)。環(huán)焊焊接過程及焊接結(jié)果證明，自動(dòng)環(huán)焊與手工氬弧焊、火焰釬焊相比具有更好的焊縫形貌，形狀較為規(guī)則，參數(shù)和焊接過程的可控性高，生產(chǎn)效率高，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；導(dǎo)管；自動(dòng)焊

0 前言

金屬導(dǎo)管是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，各系統(tǒng)中的燃油、滑油、空氣、氧氣等工作介質(zhì)都依靠金屬導(dǎo)管來傳遞輸送。航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路零件具有種類多、數(shù)量大、精度等級高等特點(diǎn)，因此其制造精度和質(zhì)量的要求很高，對制造方法的要求也就越來越高。金屬導(dǎo)管的主要制造方法為焊接，航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬導(dǎo)管的焊接多采用手工氬弧焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊等。上述焊接方法操作方便、設(shè)備簡單、成本低廉，對管路單件的要求較低，因此在管路焊接中應(yīng)用較為廣泛。但是這幾種焊接方法都是手工操作，對焊工的技能水平要求較高，通常焊縫成形都不甚理想，會出現(xiàn)焊偏、凹陷、焊漏、焊不透等缺陷[1-4]。

近年來，隨著金屬導(dǎo)管的大量應(yīng)用，對金屬導(dǎo)管的焊接質(zhì)量要求越來越高，自動(dòng)焊接成為較理想的導(dǎo)管焊接方法。在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了自動(dòng)環(huán)焊機(jī)用于焊接金屬導(dǎo)管，焊接管徑可覆蓋航空發(fā)動(dòng)機(jī)上所有金屬導(dǎo)管，因此，近年來自動(dòng)環(huán)焊機(jī)開始在航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬導(dǎo)管焊接上得到應(yīng)用，并取得成功[5-7]。

1 自動(dòng)環(huán)焊機(jī)規(guī)格

針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的導(dǎo)管直徑通常在φ30mm以內(nèi)，選用美國MK公司生產(chǎn)的型號為ACL-200的小型自動(dòng)環(huán)焊機(jī)。該型焊機(jī)主要用于不銹鋼、碳鋼、鋁合金等管材的管管對焊，及管路與管接頭的焊接。焊接范圍為導(dǎo)管外徑φ6～φ50 mm。設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 自動(dòng)環(huán)焊機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)

自動(dòng)環(huán)焊機(jī)控制器能對多種規(guī)格導(dǎo)管零件的焊接參數(shù)進(jìn)行分類存儲，當(dāng)操作者輸入導(dǎo)管規(guī)格后環(huán)焊機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可根據(jù)輸入的管路規(guī)格給出相應(yīng)的焊接參數(shù)，節(jié)省了焊接參數(shù)調(diào)試設(shè)置時(shí)間。自動(dòng)環(huán)焊機(jī)采用的是鎢極氬弧焊，如圖1所示。

2 焊接用工裝

針對不同管型、管徑及管接頭，需要選用不同的環(huán)焊夾塊，每一種管接頭及管徑的管路對應(yīng)一套環(huán)焊夾塊。環(huán)焊夾塊的設(shè)計(jì)和制造尺寸公差要與管路配合精準(zhǔn)，既不能配合過緊，以免拆取時(shí)劃傷零件表面；也不可過松，從而影響焊接后的同軸度，同時(shí)還要考慮環(huán)焊夾塊與零件的干涉問題。

在圖2中，左側(cè)環(huán)焊夾塊為無開口的結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)下，零件裝配后鎢極與焊縫不易對正，焊接時(shí)會造成焊偏缺陷；右側(cè)環(huán)焊夾塊為開口結(jié)構(gòu)，零件裝配后如圖3所示，零件可在工裝上微調(diào)，以保證鎢極與焊縫對正，因此正確的夾塊應(yīng)為開口結(jié)構(gòu)。

圖1 自動(dòng)環(huán)焊機(jī)

圖2 焊接工裝

圖3 裝卡方式

在裝配和焊接過程中，由于焊鉗空間比較小，焊接時(shí)需通氬氣保護(hù)，裝配后鎢極位置不能調(diào)整。而通常航空發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)管的焊接部位距管接頭不規(guī)則形狀處距離較近，導(dǎo)致工裝設(shè)計(jì)和制造時(shí)對零件的定位及裝夾位置要求較嚴(yán)，以保證焊縫與焊鉗的同軸要求以及鎢極與焊接位置的對中要求，因此造成了工裝裝卸的困難。由于工裝是通過6個(gè)φ2.5 mm的小螺絲固定在焊鉗上，對于結(jié)構(gòu)簡單、形狀單一的管路或管接頭可實(shí)現(xiàn)一次裝夾、多件焊接，而對于形狀復(fù)雜的管路或不規(guī)則管接頭則很難實(shí)現(xiàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

采用牌號為Z10CNT1811，規(guī)格為（φ6 mm～φ20 mm）×0.8 mm的5種管徑進(jìn)行焊接試驗(yàn)。導(dǎo)管具體規(guī)格分別為：φ6 mm×0.8 mm，φ8 mm×0.8 mm，φ14mm×0.8mm，φ16mm×0.8mm，φ20 mm×0.8 mm。導(dǎo)管的接頭形式如圖4所示。

圖4 正確的定位焊點(diǎn)位置

3.1 焊前的清理及定位焊

打磨管端頭內(nèi)外毛刺，使管端齊平無毛刺，并用酒精擦拭干凈。采用手工鎢極氬弧焊定位，定位焊點(diǎn)位置如圖4所示，要求定位焊點(diǎn)不宜過高，電流不宜太大，不允許焊透，焊點(diǎn)數(shù)目不得少于2個(gè)，焊點(diǎn)直徑不得大于6 mm；定位焊如果采用如圖5所示的位置，會出現(xiàn)焊點(diǎn)位置偏離焊接對接面的中性線，由于環(huán)焊焊縫成形比較規(guī)則，偏離焊縫的定位焊點(diǎn)不能被正常焊縫所覆蓋，造成定位焊點(diǎn)在焊縫的邊緣及外側(cè)，使焊縫表面成形較差。若采用圖4的定位方式，可有效避免此類情況發(fā)生。

圖5 錯(cuò)誤的定位焊點(diǎn)位置

3.2 自動(dòng)環(huán)焊

環(huán)焊設(shè)備為自動(dòng)焊管機(jī)。環(huán)焊的主要焊接參數(shù)包括焊接電流、焊槍轉(zhuǎn)速、保護(hù)氣體流量等，同時(shí)焊接接頭的間隙配合也起著至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)有的條件下，管路端頭由車工加工而成，焊接前由鉗工修理，這種情況下，短頭的尺寸精度難以達(dá)到圖紙規(guī)定要求，導(dǎo)致管端與管接頭配合間隙不均；此外定位焊時(shí)，如果管路發(fā)生錯(cuò)位，也會導(dǎo)致配合面間隙不均，從而使環(huán)焊后出現(xiàn)焊縫表面凹陷。焊接過程中采用導(dǎo)管內(nèi)部通氬氣保護(hù)，如圖6所示。若導(dǎo)管內(nèi)部沒有氬氣保護(hù)，會導(dǎo)致焊縫背面成型不良，同時(shí)造成氧化。焊接參數(shù)如表2所示，共進(jìn)行了5種規(guī)格的金屬導(dǎo)管的焊接。

圖6 焊接時(shí)氬氣保護(hù)示意

表2 自動(dòng)環(huán)焊工藝參數(shù)

3.3 焊接結(jié)果分析

焊接后對幾種規(guī)格管路的焊接結(jié)果進(jìn)行檢查和分析，結(jié)果顯示，完全滿足相關(guān)要求。焊道和母材金屬之間的具有圓滑的轉(zhuǎn)接角，沒有出現(xiàn)咬邊和凹陷以及裂紋、氧化色和焊接飛濺等現(xiàn)象；規(guī)定直徑的鋼球均可順利通過；X光檢驗(yàn)和滲透檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部及表面狀態(tài)沒有裂紋、氣孔等缺陷；用煤油進(jìn)行金屬導(dǎo)管的壓力試驗(yàn)，6 000 kPa壓力保持5 min，沒有出現(xiàn)滲漏。

用金相法檢查焊縫成形和尺寸情況，主要包括表面焊縫寬度L、根部焊縫寬度l、表面突出R，表面凹陷-R、根部突出r、根部凹陷-r等，具體狀態(tài)如圖7～圖11所示，焊縫完全滿足要求。

4 結(jié)論

（1）采用專用設(shè)備進(jìn)行管端平口，確保管端加工后符合環(huán)焊技術(shù)要求，避免端口不平造成的間隙不均。

圖7 φ6管路焊縫金相照片

圖8 φ8管路焊縫金相照片

圖9 φ14管路焊縫金相照片

圖10 φ16管路焊縫金相照片

（2）焊鉗規(guī)格滿足形狀復(fù)雜管路的焊接要求。

（3）工裝的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與制造精度的不良會造成干涉，最終影響焊接質(zhì)量。

（4）定位焊點(diǎn)的位置和大小必須合適，否則會直接影響焊接質(zhì)量。

（5）焊接時(shí)應(yīng)在導(dǎo)管內(nèi)部通氬氣保護(hù)，防止氧化和成形不良。

圖11 φ20管路焊縫金相照片

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Application of automatic loop welding in aircraft engine

GAO Liang1，WANG Guanghai1，CUI Lei2
（1.The Air China Harbin Dongan Engine Co.，Ltd.，Harbin 150060，China；2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering，Tianjin University，Tianjin 300350，China）

Through a lot of experiments and small batch production，usual welding method，for example manual argon arc welding and torch brazing，appear the bugs of deviation welding and depress in welded tube.In this paper，the application of automatic ring welding machine in the girth welding of aeroengine pipe is studied.Confirms the parameter of ring welding for kinds of specification tube，the process and the results of ring welding show that the automatic welding weld morphology is better than manual argon arc welding and torch brazing，which exhibits regular shape，high controllability and the parameters of the welding process.The automatic ring welding shows high production efficiency and application value.

aeroengine；conduit pipe；automatic ring welding

TG43

B

1001-2303（2017）09-0039-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.08

本文參考文獻(xiàn)引用格式：高亮，王廣海，崔雷.自動(dòng)環(huán)焊機(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2017，47（09）：39-42+49.

2017-04-22；

2017-05-04

高 亮（1985—），女，工程師，碩士，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)焊接工藝的研究工作。E-mail：454145143@qq.com。