不銹鋼導管環焊的組織與性能

宋健 鄭醫 徐磊 王廣海 劉玉萍

摘 要：環焊是近幾年開發的一種新型高效管路TIG焊方法。通過不同規格管材的焊接試驗，研究了奧氏體不銹鋼導管的環焊工藝，焊縫組織與性能，確定了焊接工藝方法和常用規格導管的工藝參數，對今后生產類似零件有一定指導作用。

關鍵詞：導管；環焊；組織；性能

前言

在航空發動機、飛機附件機匣、發動機附件機匣等多種航空設備上，金屬導管是其中非常重要的一部分。供油、回油、供氧、排氣、環控等多種功能都是靠金屬導管實現的。金屬導管通常承擔了較大的流體壓力，其焊縫的可靠性對航空設備的可靠性有重要影響，在此要求下，近年來開發了一種針對金屬導管的新型焊接工藝——環焊。

環焊是一種不填絲的自動TIG焊工藝，焊接時焊縫位于封閉焊鉗內并用氣體保護。較之手工氬弧焊，焊縫被保護的更為完全，焊縫質量受送絲速度、送絲量、焊槍移動速度、鎢極與焊縫的距離變化等因素的影響更小，焊縫質量更為穩定。并且，在自動焊條件下，焊接收縮量也更為穩定，為管路件尺寸精度的提高創造了一個較大的空間，為過程控制能力的提升創造了良好的前景。

1 焊接試驗

1.1 試驗材料

試驗選用1Cr18Ni9Ti的管材，規格分別為φ6×0.8、φ20×0.8。材料成分、力學性能表1、表2所示。

表1 材料成分[1]

表2 力學性能[2]

1.2 環焊設備

試驗使用了美國MK公司的自動焊管機，配備COPPER 5002型封閉式全位置焊管鉗，帶焊鉗水冷循環器，具有焊鉗及管子背面保護氣體控制功能。電源系統采用IGBT逆變電源，1A～200A焊接電流，100%負載，脈沖、連續式焊接電流輸出；自動高壓起弧。

1.3 焊接結構

若管管直接對焊，焊縫處會有一定凹陷。為防止這一點，考慮在焊縫處填充金屬，以防止焊縫處減薄，達到焊縫正反面都有一定成型高度的效果，從而提高焊縫強度。由于焊鉗為全封閉式，無法手工送絲，所以設計焊接結構為管接頭處增加填充金屬的結構如圖1所示。該結構為對接焊接結構，將箭頭所指部位熔化，起填絲作用。

圖1 環焊縫結構 圖2 管路端面焊接前

1.4 焊接工藝試驗

為保證零件焊接兩部分對正且貼合緊密，焊前準備過程對管路端面的要求非常嚴格，為了取得良好的焊接效果，充分的焊前準備是非常必要的。我們將管端研磨到符合圖2要求后，對待焊部位進行了拋光，去除污物、氧化物和鈍化膜等。

1.5 焊接工藝參數

首次焊接試驗時，出現了沿周焊縫寬度極為不均勻且出現偏斜的情況。經多次試驗和分析，該問題是由于鎢極磨削不均勻造成的。當鎢極錐面發生偏移或磨削痕跡不均勻時，電弧易發生漂移或發散現象，造成焊縫的不均勻。此外，在試驗中發現，沿軸向磨削的鎢極使用效果要好于沿周向磨削的鎢極。將焊縫圓周分為八段對電流分別進行控制。在試驗中不斷優化焊接工藝參數，確定了最終的焊接電流數據和最佳的工藝參數，具體焊接工藝參數如表3所示。

表3 導管環焊的工藝參數

1.6 焊接質量的影響因素

鎢極的調整主要包括鎢極形狀的磨削和鎢極與熔池距離的調整。鎢極與熔池距離是影響焊接質量的重要因素[3]。若鎢極與熔池距離過近，焊接過程中易出現夾鎢或氣孔缺陷；而距離過遠，會有難以起弧的問題，零件不易焊透。經工藝試驗得出，鎢極與熔池距離在1mm～1.2mm之間時，焊接效果最為理想。

焊接電流也是影響焊接質量的最為重要的因素，焊縫的寬度、熔深、余高等重要參數都受其影響[3]。

1.7 環焊的組織與性能

從圖3金相照片可以看出，兩種規格的管路焊縫與基體金屬過渡圓滑，焊縫處的金相組織致密均勻，沒有氣孔裂紋等缺陷。從表4性能試驗結果表明，焊縫力學性能滿足導管環焊的設計要求。

φ6×0.8 φ20×0.8

圖3 管路焊縫金相照片25×

φ6×0.8 φ20×0.8

圖4 管路焊縫金相照片200×

表4 性能試驗結果

為了準確控制焊接電流，達到良好的焊接效果，焊縫平滑美觀，無裂紋、凹坑、咬邊等缺陷，通過了X光檢驗、滲透檢驗、金相檢驗及性能試驗，滿足要求。

2 結束語

通過大量焊接工藝試驗的摸索，總結了奧氏體不銹鋼導管環焊加工的經驗，確定了環焊零件的工裝方案、工藝方案及參數，并且成功地生產出外觀質量好，尺寸精確，焊縫美觀、性能優越，符合設計要求的管路零件。形成了批量生產的能力，產品質量穩定，生產效率高。

參考文獻

[1]陳恒慶，等.中國鋼鐵材料牌號手冊[M].北京：中國標準出版社，1994.

[2]《機械工程材料性能數據手冊》編委會.機械工程材料性能數據手冊[M].北京：機械工業出版社，1995.

[3]黃德志，王義.管道環焊縫裝配間隙對焊接質量的影響[J].焊接技術，2006，35：36～38.