錐體焊接工藝改進研究

高獻娟　黃青松　闞田田　李根深　宋雨桐（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　110862）

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錐體焊接工藝改進研究

高獻娟黃青松闞田田李根深宋雨桐
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110862）

摘要：本文針對某錐體工作后發現內/外支板安裝座轉接R處裂紋問題的原因進行分析，并對焊接工藝進行了優化，采用焊接組合工裝方案，改善了內錐體支板安裝座焊接變形和焊接應力，解決了該產品焊接變形大，在校形中再產生應力問題，實現錐體支板安裝座裂紋減少的目的，為提高該產品提供了保障。

關鍵詞：錐體；安裝座；變形；裂紋

某錐體為錐體殼體和多個安裝座組成的焊接結構，在制造過程中存在嚴重的焊接變形。雖然經過校形后可以裝配使用，但由于存在焊接變形應力，工作后發現錐體內/外支板安裝座轉接R處裂紋超標率達90%，嚴重影響零件使用壽命和可靠性。因此，針對這一問題，我們進行了焊接工藝改進研究。

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度，冷、熱加工成形性和焊接性能良好。化學成分見表1。

2 裂紋原因分析及解決方案

（1）焊接工藝分析，內錐體在一定圓周范圍焊縫數量較多，焊后產生焊接的殘余應力過大，同時由于校正焊接變形也帶來2次冷作硬化產生的應力所致。（2）由于錐體內（外）支板安裝座位置誤差較大，裝配整流支板時存在干涉應力問題，工作過程中振動導致受力部位裂紋。

通過以上技術分析，要解決問題，需要從以下幾方面入手：（1）通過控制內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力；（2）提高錐體自身結構精度，也就是保證支板安裝座焊接后的位置度，避免在組件擴散器裝配焊接過程中產生干涉，焊接后存在較大裝配應力；（3）優化焊接后熱處理出去焊接應力工藝，加強熱處理去應力效果。針對零件具體情況分析，原錐體壁9個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接定位焊，再完成氬弧焊。分析產生焊接殘余應力原因，原沖壓方法加工的安裝座底孔尺寸公差帶較寬，當支板安裝座與其對接焊時存在一定的間隙誤差，焊接后由于沿周向分布9個支板安裝座，每個安裝座之間由于焊接收縮變形嚴重，之后需要校正變形部位，滿足組合裝配要求，在校正的過程中還會產生2次變形引起的冷作硬化應力，同時支板安裝座自身結構也會被拉應力作用而趨向于開口變形。當錐體壁與支板組合焊接時，由于內（外）支板安裝座在主體上的周向分布位置精度不高，會導致在下一級組件進行大組合時，9塊支板穿過支板安裝座孔時產生裝配應力，是導致裂紋的原因。

3 工藝優化

為了減小焊接變形，從工藝角度可以從以下幾個方面考慮。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，大構件應從中間向四周進行；先焊接收縮量大的焊縫；采取對稱焊接；采用不同的焊接順序）；（2）預變形法（反變形法）；（3）預熱和焊接緩冷；（4）增加焊接部位散熱速度；（5）通過配以夾具強制控制焊接變形等。對于錐體結構焊件，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力。

4 焊接試驗

依據錐體焊接結構和技術要求，設計制造組合焊接夾具為整體脹緊式，利用零件型面定位，9個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槽，在脹塊內側通氬氣，從而使零件在脹緊狀態下焊接時，焊縫背面通氬氣保護，有效控制焊接變形，確保焊接質量。經過試驗件焊接后，觀察零件已無明顯變形，滿足下一級組件裝配。

5 結果

錐體由內（外）各9個支板安裝座組成，焊接面積大，焊接后安裝座變形嚴重，結構尺寸超出設計規定的尺寸范圍，在組件焊接時，影響配合間隙，易產生較大焊接變形和應力。為消除組件裝配問題，需要嚴格控制錐體的制造質量。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的不利因素。錐體9個支板安裝座的位置精度的準確性直接影響組件組合裝配后存在的焊接變形和應力水平，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（外）支板安裝座組合焊接，零件焊接質量大大提高，減少工人校正零件變形工時和減少工作中裂紋問題，將實現降低零件制造成本和制造周期的效果。

表1　GH536化學成分（%）

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果

結論

（1）通過以上對內錐體支板安裝座焊接變形分析、組合焊接工裝制造，經過優化后的工藝制造錐體，達到了減小內錐體焊接支板安裝座變形和降低焊接殘余應水平，保證了內錐體自身結構精度，在下一級組件中裝配9件整流支板時減少了裝配干涉應力，減少了工作后支板安裝座裂紋。（2）通過錐體焊接工藝改進，提高了產品制造質量和使用壽命。

參考文獻

[1]顏明皋.中國航空材料手冊第2卷[M].北京：國標準出版社，2002.

中圖分類號：TG456

文獻標識碼：A