淺談某雙層總管焊接收縮及變形控制

馮大娟

（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

雙層總管技術要求高,結構復雜,焊縫多且為雙層結構,加工難度大。由于時間緊,周期短,盡管一些尺寸相同，但結構發生變化，因此要想用原工裝就要將工裝進行核對,經過多次分析及研究,最后確定了最為合理的工藝路線、焊接參數，并采用一套大組合焊接夾具，使之加工出符合設計圖的總管。

1 技術難點

1.1 結構復雜

某機燃油總管是由16個扇形段、8個耳座、2個三通、96個凸座、2個進油管組件、2個堵頭、96個噴桿組成的雙層結構的總管。

1.2 焊接質量要求高

由原來的單層結構改為雙層結構，技術要求更高，結構更加復雜。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個耳座沿圓周均布，對總管環中心的位置度要求不大φ0.5、96個噴桿分上下兩層沿圓周均布，對總管環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長度上不大于7。

實現焊接變形的有效控制，焊接工藝的可重復性和可操作性。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為GH536，其化學成分見表1。

表1

在固溶強化高溫合金中，主要加入固溶強化元素 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。在焊接過程中，合金不會產生相變，對合金形成結晶裂紋無直接影響。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，減小過熱區高溫停留時間。

3 總管的研制

3.1 工裝的研制

總管工裝研制，參考以往定位結構三套定位焊夾具，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

由于總管雙層結構、焊縫數量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、進油管的兩次組合焊接。小段焊后經校正，減小焊接變形。為控制焊接收縮量，焊前預留尺寸，焊接收縮在后續焊接工序中得到補償，焊后收縮量控制在設計要求范圍內。

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-標號打磨焊縫處-X光檢驗-焊接檢驗-補焊-裝配定位焊-焊接-校正-打磨焊縫處-X光檢驗-焊接檢驗-補焊-真空熱處理--校正-液壓試驗-沖洗-著色檢查-清洗-排除故障-最終檢驗-沖洗-流量試驗

總管噴桿及進油管同時焊接，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，而且無法進行X光檢查，我們將焊接噴桿和焊接進油管分步焊接，首先從在距離孔近噴桿處開始焊接，這樣即能保證了焊接質量又避免由于焊接時間長而燒毀噴油孔，同時焊接的變形得以控制便于X光檢查。然后焊接進油管。

3.3 焊接參數的確定

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

選擇焊接參數的關鍵是選擇適當的焊接電流和焊接速度。焊接電流與電弧熱量成正比，在焊接條件、被焊接材料和其他參數不變的情況下，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變化，超過這個范圍，就可能產生未焊透、焊縫凹陷、燒穿、焊縫太寬等缺陷。

焊接速度:焊接時零件可獲得線能量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不變的情況下，焊接速度越小，線能量越大，而當焊接材料、焊接條件和焊接電流等參數一定時，一定厚度材料所需的焊接速度也只能在一定范圍內變化。如果焊接速度大于這個合適的范圍，就可能會造成未焊透，甚至會形成凹陷、燒穿等缺陷，尤其要注意選用較低的焊接速度。

焊接參數確定的基本原則: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、焊件結構及焊接部位、焊接可達性及焊縫的能見度、焊縫質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 焊前準備

能否焊出優質焊縫，焊前準備好壞有著十分重要位置，如表面清理，裝配質量等直接影響焊接過程的穩定和焊接質量，所以焊前準備必須給予十分重視。

4.2 焊接變形及其措施

4.2.1 變形產生的原因

焊接都會產生變形，引起變形最主要的原因是集中熱源局部加熱，在焊件上產生不均勻的溫度場，會使材料不均勻膨脹，處于高溫區域的材料在加熱過程中的膨脹量大，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。于是焊件出現內應力，使高溫區的材料受到擠壓，產生局部壓縮應變，在冷卻過程中，已經經受壓縮塑性應變的材料由于不能自由伸張，而受到拉伸，于是焊件中又出現了一個與焊接加熱時方向大致相反的內應力。焊后當焊件溫度降至正常溫度時殘留于焊件中的內應力，則為焊接殘余應力，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程中焊接變形的積累。

b、在夾具限制狀態下定位焊，有效地減小軸向收縮，定位焊時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、預留焊接收縮余量0.5mm，允許銼修管端調整收縮余量。

d、焊后進行消除應力熱處理。

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力，另一方面有效的減小焊接變形，滿足設計圖要求。

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，裝配定位焊比較困難，使總管焊接收縮后直徑為下差，故在小段焊接時適量加大小段焊接余量，便于總管焊接后裝配，滿足設計要求的尺寸。

結論

通過此次總管的加工，攻克了某機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計圖要求，滿足了使用需要。使我們更進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驗，同時也為后續類似結構總管加工奠定了良好基礎。

[1]劉效方，毛唯.高溫合金的焊接《焊接手冊》[Z].