燃燒室后段焊接工藝研究

張佳音　顧 明　趙 睿（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）

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燃燒室后段焊接工藝研究

張佳音顧 明趙 睿
（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）

摘要：本文通過對CF34發動機燃燒室后段采用帶機械手氬弧焊工藝技術研究實踐，介紹了材料為Inconel 718高溫合金的薄壁不等厚機匣構件對接焊的結構工藝特點，焊接工藝安排，焊接夾具設計和焊接參數優化以及焊接過程遇到的問題及其解決方案。

關鍵詞：薄壁機匣；高溫合金；焊接機械手；焊接夾具；焊接順序

我國的焊接技術經過不斷的發展和創新，已經可以為我國的航空領域進行焊接工作。自動氬弧焊的焊接工藝就是一個非常有代表性的焊接技術。但是我國的焊接技術應用美國的焊接技術標準進行焊接工作還是第一次，同時在使用美國標準的情況下還要使用GE的焊接設備。這兩者的聯合的進行一項焊接工作還是不多見的。燃燒室的機匣內套中的精密部件的焊接就是用了這一焊接手法。這一方式的特殊之處還在于氬弧焊焊接的操作使用了機械手的方式來進行，這種焊接技術的成功應用，在我國的航空領域是一個不小的技術突破，在我國的焊接技術領域更是一個非常可喜的嘗試。同時對于焊接機器人的在航空行業的應用前景也是一個好的開始。

一、燃燒室后段的零件主要結構特點和零件對于焊接技術的具體要求

（1）簡述燃燒室后段的零件主要工藝結構特點。燃燒室的后段零件主要有三個部分組成。第一個部分是前機加安裝邊；第二個部分是后機加安裝邊；第三部分是鈑金錐形筒體。上述的三個部分焊接成為一個整體組成構件。前機加安裝邊和后安裝邊的材質是Inconel 718，中間部分的鈑金錐形筒體材質是1mm厚的Inconel 718鈑金。在三者焊接完成后要進行相應的熱處理，之后再按照技術要求進行安裝，燃燒室后段的安裝精度要求非常高，具體有三個主要的安裝精度要求。第一個是安裝的基準面的平面度不大于0.025；第二個是后邊安裝跳動對于基準的跳動度為0.05；第三個是中間部分的鈑金錐形筒體的輪廓度不大于1.在安裝的過程中，上述的三種安裝精度要求，必須予以實現和遵守。

（2）簡述燃燒室后段的零件對于焊接技術的具體要求。燃燒室后段的零件在焊接過程中，要求的焊接工藝采用自動氬弧焊的焊接工藝進行焊接工作。整個焊接的過程中的焊接等級是B級。在全部零件焊接完成后要進行相應的處理，這些處理就包括了固溶處理和雙時效熱處理等處理措施。零件相關的處理工作完畢后，要進行兩種檢查，分別是：第一種熒光檢查；第二種是X光檢查。這兩種檢查主要是檢查零件的焊接質量和焊接缺陷，這兩種焊接檢查能夠有效并且高效的完成相關的高標準檢查。針對焊接質量的相關要求有焊接的熔透度100%，熔合度100%。零件在焊接完成后，不應該存在裂縫和一定直徑的氣孔和雜質等焊接缺陷。同時還要對焊接的零件外觀進行檢查。零件的焊接端面錯位不應超過0.3mm；零件的焊腳高差不應超過0.5mm；零件的焊接咬邊不要超出0.1285mm。零件焊接完成后熱處理的抗拉強度不要低于零件本身強度的90%。焊接件的熱影響區域的寬度不要超出1.785mm。零件在焊接后的控制變形方面的要求是：零件的安裝平面的變形量不應超過0.3mm；零件的安裝變斷面的變形跳動量不應超過0.3mm；零件中間部分的鈑金筒體焊接輪廓形變量不要超過1mm。

二、燃燒室后段的零件的具體焊接方案

（1）步驟一：對相關焊接設備的準備工作。關于焊接設備的選用，本文選擇的是焊接機械手，型號是Romat@310。這種焊接機械手是德國進口的，TIG/MIG自動焊機的一個子設備。這種焊接機械手是全程可編程的焊接工具和設備。這種焊接設備的工作電流為355A，最小焊接的工作電流為6A，這一焊接設備由三個焊接工作平臺組成。相應的焊接機械手擁有六個的自由度，這樣就可以有效的保障焊接過程的精密和美觀。同時需要強調的是這種焊接設備具有激光傳感的功能，對于焊接的整體質量有非常大的幫助。

（2）步驟二：對相關焊接夾具的準備工作。在焊接的過程中，較為關鍵的是焊接夾具的選擇和準備。由于這一零件是薄壁的鈑金零件，在焊接的過程中非常容易出現變形，因此在焊接夾具的選擇方面要進行特別的選擇。本文闡述的方法選用的是多功能的焊接夾具。這些功能包括了氬弧焊保護功能；銅塊冷卻功能；定位脹緊保護。需要注意的是，焊接的夾具在進行焊接的過程中，需要有較好的同心度。

三、燃燒室后段焊接工藝的具體參數的確定

關于燃燒室后段焊接工藝的具體參數的確定的闡述和分析，本文主要從兩個方面進行闡述。第一個方面是針對燃燒室后段零件的材質的分析。第二個方面是針對燃燒室后段零件的焊接參數的選定。

（1）針對燃燒室后段零件的材質的分析。此零件所用的材料為 Incon-718，屬于鎳基時效強化合金。由于 C、Mn、Si的含量較低，而且 S、P 等雜質很少，并嚴格控制了純潔度，在固溶狀態下合金具有良好的焊接性能。因此，正常情況下要求零件在固溶狀態下進行焊接，焊接后進行固溶加雙時效熱處理以滿足零件的機械性能要求。

（2）針對燃燒室后段零件的焊接參數的選定。根據經驗，在確定鎢極直徑、氬氣流量、電弧電壓、脈沖頻率等參數的條件下，脈沖電流從100A起進行變化，每次減少10A；焊接速度以20cm/min開始從小到大變化進行焊接試驗。在試驗的過程中，針對出現的焊接缺陷，采取相應措施改變焊接參數，直到滿足技術要求，以此確定焊接參數。

四、燃燒室后段零件在焊接過程中出現的問題并且給出相應的解決方案

關于燃燒室后段零件在焊接過程中出現的問題并且給出相應的解決方案的闡述。本文主要從兩個方面進行闡述。第一個方面是在焊接零件的焊接進行3/4處時，一旦中間部分的鈑金錐形筒體在焊接的過程中出現了扭曲變形，就會對整個零件的焊接質量造成影響；第二個方面是在焊接的過程中一旦出現平行度誤差和平面跳動誤差超出了技術要求的范圍，對于焊接的整體質量也是一個非常重要的影響，因此要格外的注意。上述的兩個方面在焊接的過程中都需要進行改進，改進的方法主要是對于焊接夾具的改進和焊接順序的改進。

參考文獻

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[2]冶軍.美國鎳基高溫合金[M].北京：科學出版社，1978.

[3]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：國防工業出版社，2002.

中圖分類號：TK226

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