0cr18ni9型不銹鋼航空導(dǎo)管縱縫的自動(dòng)化焊接工藝

張洪濤，郭紹華，王 翀

（陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，陜西 漢中 723215）

航空導(dǎo)管具備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多樣的特點(diǎn)，是飛機(jī)上關(guān)鍵組成部件之一，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對燃油液壓和氧氣環(huán)境等的控制，具備壓力傳遞以及燃油輸送的作用。航空機(jī)械制造的過程中，需要使用焊接工藝進(jìn)行焊接工作，將單個(gè)部件組合在一起，航空導(dǎo)管組成相對簡單，主要包括單一導(dǎo)管、焊接導(dǎo)管和組合導(dǎo)管，具備輕量強(qiáng)韌和低消耗的優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)自動(dòng)化制造的過程中，首先要實(shí)現(xiàn)航空導(dǎo)管的自動(dòng)化焊接工藝，隨著機(jī)械制造工藝自動(dòng)化焊接設(shè)備的出現(xiàn)，保證了單管整體成形的強(qiáng)度和韌性，自動(dòng)化焊接設(shè)備有效推動(dòng)了機(jī)械制造工藝的科學(xué)性和精確性，實(shí)現(xiàn)了焊接工藝自動(dòng)化的可能性[1]。航空單一導(dǎo)管成形方法主要采用焊接的方法成形，對自動(dòng)化程度要求較高，從而保證單管的制造精度，在自動(dòng)化焊接工藝中，航空導(dǎo)管的焊接包括標(biāo)準(zhǔn)半管和非標(biāo)準(zhǔn)半管，導(dǎo)管主要成形方法為組裝焊接，并且有效避免焊接過程的差錯(cuò)，從而完成航空導(dǎo)管的自動(dòng)化焊接工作。而航空導(dǎo)管傳統(tǒng)焊接工藝中，很容易受到溫度和濕度等環(huán)境方面的影響，造成導(dǎo)管形狀產(chǎn)生變形，無法滿足自動(dòng)化焊接對導(dǎo)管制造精度的需求，為此對0Cr18ni9型不銹鋼航空導(dǎo)管的自動(dòng)化焊接工藝進(jìn)行研究。

1 自動(dòng)化焊接0Cr18ni9型不銹鋼航空導(dǎo)管

1.1 焊接設(shè)備

薄壁不銹鋼板的TIG焊接設(shè)備主要有焊接電源和焊接專機(jī)兩部分。

1.1.1 焊接電源和焊接程序控制電源

焊接電源主要是提供焊接電流，焊接程序控制電源主要是控制焊接功能如：提前送氣和滯后停氣；直流/脈沖電流；橫梁小車運(yùn)動(dòng)；送絲運(yùn)動(dòng)；橫擺功能；弧長控制等。焊接程序控制電源如圖1所示。

1.1.2 焊接專機(jī)

在薄壁不銹鋼板的TIG焊接，主要存在焊接工件變形和焊縫表面氧化的缺陷。焊接變形主要是薄壁不銹鋼板工件的長度大，在施焊的過程中，焊接的熱量積累嚴(yán)重，造成工件受熱不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力變形。焊縫表面氧化是由于熔池在未完全冷卻的情況下被空氣氧化，因?yàn)椴讳P鋼板在連續(xù)焊接中必須保證焊縫光亮無氧化，所以只有正面保護(hù)氣是不夠的，要配置輔助保護(hù)裝置。

本焊接專機(jī)主要有機(jī)座、琴鍵夾具、芯軸、軸端托架、行走小車。并配相應(yīng)的十字滑架、送絲機(jī)、電纜總成、氣管、水管、檢測儀表和循環(huán)水泵等如下圖所示。

圖1 焊接程序控制電源

圖2 導(dǎo)管縱縫自動(dòng)化焊接專機(jī)

1.2 工藝試驗(yàn)流程

采用數(shù)控卷管機(jī)對板材（251.2mm×1000mm×0.8mm）卷制成直管，管徑為80mm，直管對縫間隙要求小于0.3mm。導(dǎo)管縱縫自動(dòng)化焊接前需對焊絲和焊接邊20mm范圍導(dǎo)管內(nèi)外表面清理，去除焊絲和焊接邊表面的氧化膜和油污。先化學(xué)清洗后，再采用機(jī)械打磨拋光清理[2]。采用琴鍵夾具對不銹鋼導(dǎo)管進(jìn)行固定，保證對接間隙小于0.3mm。

不銹鋼焊絲的選擇。根據(jù)0cr18ni9型不銹鋼材質(zhì)，自動(dòng)化焊絲牌號(hào)為H0Cr19ni9，焊絲直徑為1.0mm，具體化學(xué)成分如表1所示。

表1 焊絲化學(xué)成分表

H0Cr19ni9焊絲與母材0Cr18ni9化學(xué)成分一致，滿足0Cr18ni9型不銹鋼的強(qiáng)度，具有良好的焊接接頭性能，且降低焊接材料成本。

焊接專機(jī)進(jìn)行導(dǎo)管縱縫的自動(dòng)化焊接，導(dǎo)管正反面進(jìn)行氬氣保護(hù)，焊接過程中氬氣流量為5L/min。焊前不銹鋼航空導(dǎo)管通入2min純氬氣，保證導(dǎo)管空氣排除后方可進(jìn)行焊接，導(dǎo)管冷卻后滯后斷氣。

2 焊接工藝參數(shù)選擇

對自動(dòng)化焊接工藝進(jìn)行規(guī)范，按95%、97%、98%、93%的比例設(shè)置各區(qū)電流?；惦娏鳛榈谝缓竻^(qū)峰值電流的40%，合理控制熱輸入。焊速選擇500mm/min，控制線能量。起弧電流選擇較小，為第一區(qū)峰值電流的1/5，不超過20A。上升時(shí)間依第一焊區(qū)峰值電流而定，控制在5s～10s。在熄弧后仍持續(xù)送氣保護(hù)，送氣時(shí)間為5s。焊槍鎢極尺寸為1.6mm，鎢極端部距離焊縫1.5mm，選擇釷鎢，保證起弧可靠性，并適當(dāng)填充焊絲，由機(jī)頭送絲機(jī)構(gòu)按設(shè)定的速度自動(dòng)送入焊縫。

3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）焊接外觀對比及分析。自動(dòng)化焊接對比手工焊接，不僅提高生產(chǎn)效率，且焊接質(zhì)量穩(wěn)定，導(dǎo)管外表成形美觀，兩種工藝焊接質(zhì)量效果如圖所示。

圖3 自動(dòng)化焊接（左）手工焊接（右）

在焊接不銹鋼薄板時(shí)，手工氬弧焊因熱影響區(qū)域大，焊接區(qū)域受熱不均勻，造成焊縫外觀不均勻，焊接接頭變形大，局部出現(xiàn)焊瘤、咬邊、氣孔等缺陷，尤其在薄板焊接件表現(xiàn)尤為突出，焊接專機(jī)氬弧焊在一定程度是哪個(gè)彌補(bǔ)這一方面的不足，在焊接薄板時(shí)，薄板的加熱、冷卻都比較均勻，焊接過程中焊槍到焊縫的距離保持不變，焊接專機(jī)焊接作業(yè)具有相同的焊接參數(shù)，因此他焊接的工件在尺寸和質(zhì)量方面都相對統(tǒng)一，焊縫外觀更加美觀。

表2 焊接接頭強(qiáng)度

（2）強(qiáng)度試驗(yàn)。沿著導(dǎo)管焊縫的橫向方向，在焊縫三處位置取樣，試樣寬度為20mm，試樣剪開拉直后制成條狀拉伸試樣。按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，自動(dòng)化焊接接頭的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度見表2。

斷裂位置如圖所示。

圖4 焊縫斷裂位置

強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明：自動(dòng)化焊接接頭拉伸試樣的斷裂位于母材上，接頭的強(qiáng)度與母材強(qiáng)度相當(dāng)[3-5]。

4 結(jié)語

在飛機(jī)數(shù)字化制造的大環(huán)境下，對航空導(dǎo)管自動(dòng)化焊接要求越來越高。本文工藝焊接技術(shù)提高了焊接單一導(dǎo)管的精度，提高了焊接速度，并通過對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文不銹鋼航空導(dǎo)管焊接工藝的有效性，從而提高了航空機(jī)械制造的效率。