燃燒室后段焊接工藝研究

張佳音　顧 明　趙 睿（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)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(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110043）

摘要：本文通過對CF34發(fā)動機(jī)燃燒室后段采用帶機(jī)械手氬弧焊工藝技術(shù)研究實踐，介紹了材料為Inconel 718高溫合金的薄壁不等厚機(jī)匣構(gòu)件對接焊的結(jié)構(gòu)工藝特點，焊接工藝安排，焊接夾具設(shè)計和焊接參數(shù)優(yōu)化以及焊接過程遇到的問題及其解決方案。

關(guān)鍵詞：薄壁機(jī)匣；高溫合金；焊接機(jī)械手；焊接夾具；焊接順序

我國的焊接技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，已經(jīng)可以為我國的航空領(lǐng)域進(jìn)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(shù)。但是我國的焊接技術(shù)應(yīng)用美國的焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工作還是第一次，同時在使用美國標(biāo)準(zhǔn)的情況下還要使用GE的焊接設(shè)備。這兩者的聯(lián)合的進(jìn)行一項焊接工作還是不多見的。燃燒室的機(jī)匣內(nèi)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(jī)械手的方式來進(jìn)行，這種焊接技術(shù)的成功應(yīng)用，在我國的航空領(lǐng)域是一個不小的技術(shù)突破，在我國的焊接技術(shù)領(lǐng)域更是一個非常可喜的嘗試。同時對于焊接機(jī)器人的在航空行業(yè)的應(yīng)用前景也是一個好的開始。

一、燃燒室后段的零件主要結(jié)構(gòu)特點和零件對于焊接技術(shù)的具體要求

（1）簡述燃燒室后段的零件主要工藝結(jié)構(gòu)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(jī)加安裝邊；第二個部分是后機(jī)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(gòu)件。前機(jī)加安裝邊和后安裝邊的材質(zhì)是Inconel 718，中間部分的鈑金錐形筒體材質(zhì)是1mm厚的Inconel 718鈑金。在三者焊接完成后要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，之后再按照技術(shù)要求進(jìn)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(zhǔn)面的平面度不大于0.025；第二個是后邊安裝跳動對于基準(zhǔn)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(xiàn)和遵守。

（2）簡述燃燒室后段的零件對于焊接技術(shù)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(jìn)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(jìn)行相應(yīng)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(guān)的處理工作完畢后，要進(jìn)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(zhì)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(guān)的高標(biāo)準(zhǔn)檢查。針對焊接質(zhì)量的相關(guān)要求有焊接的熔透度100%，熔合度100%。零件在焊接完成后，不應(yīng)該存在裂縫和一定直徑的氣孔和雜質(zhì)等焊接缺陷。同時還要對焊接的零件外觀進(jìn)行檢查。零件的焊接端面錯位不應(yīng)超過0.3mm；零件的焊腳高差不應(yīng)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(qiáng)度不要低于零件本身強(qiáng)度的90%。焊接件的熱影響區(qū)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(yīng)超過0.3mm；零件的安裝變斷面的變形跳動量不應(yīng)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(guān)焊接設(shè)備的準(zhǔn)備工作。關(guān)于焊接設(shè)備的選用，本文選擇的是焊接機(jī)械手，型號是Romat@310。這種焊接機(jī)械手是德國進(jìn)口的，TIG/MIG自動焊機(jī)的一個子設(shè)備。這種焊接機(jī)械手是全程可編程的焊接工具和設(shè)備。這種焊接設(shè)備的工作電流為355A，最小焊接的工作電流為6A，這一焊接設(shè)備由三個焊接工作平臺組成。相應(yīng)的焊接機(jī)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(qiáng)調(diào)的是這種焊接設(shè)備具有激光傳感的功能，對于焊接的整體質(zhì)量有非常大的幫助。

（2）步驟二：對相關(guān)焊接夾具的準(zhǔn)備工作。在焊接的過程中，較為關(guān)鍵的是焊接夾具的選擇和準(zhǔn)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(xiàn)變形，因此在焊接夾具的選擇方面要進(jìn)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(hù)功能；銅塊冷卻功能；定位脹緊保護(hù)。需要注意的是，焊接的夾具在進(jìn)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(shù)的確定

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

（1）針對燃燒室后段零件的材質(zhì)的分析。此零件所用的材料為 Incon-718，屬于鎳基時效強(qiáng)化合金。由于 C、Mn、Si的含量較低，而且 S、P 等雜質(zhì)很少，并嚴(yán)格控制了純潔度，在固溶狀態(tài)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(tài)下進(jìn)行焊接，焊接后進(jìn)行固溶加雙時效熱處理以滿足零件的機(jī)械性能要求。

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

四、燃燒室后段零件在焊接過程中出現(xiàn)的問題并且給出相應(yīng)的解決方案

關(guān)于燃燒室后段零件在焊接過程中出現(xiàn)的問題并且給出相應(yīng)的解決方案的闡述。本文主要從兩個方面進(jìn)行闡述。第一個方面是在焊接零件的焊接進(jìn)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(xiàn)了扭曲變形，就會對整個零件的焊接質(zhì)量造成影響；第二個方面是在焊接的過程中一旦出現(xiàn)平行度誤差和平面跳動誤差超出了技術(shù)要求的范圍，對于焊接的整體質(zhì)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(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的方法主要是對于焊接夾具的改進(jìn)和焊接順序的改進(jìn)。

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[3]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

中圖分類號：TK226

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A