慣性焊同軸度控制

曾維慷++文寶林++趙鵬飛

摘 要：摩擦焊后鼓筒為多級盤的焊接組合件。焊接時，以其中一個盤為基準，將另外幾級盤依次焊接，形成多條焊縫的焊接組件。通過對焊接件的精度測量、統計和分析，發現了在測量過程中測量表架（桿）的自重、剛性和伸出長度的不同均會對測量結果產生較大影響，而在一定條件下，焊前測量零件相對位置的數據與焊后組件同心度大小和偏移方向存在一定的規律。

關鍵詞：慣性摩擦焊；焊接精度；測量

中圖分類號：TH161 文獻標識碼：A

0.引言

慣性摩擦焊作為一種先進的焊接工藝，其焊縫為鍛態組織，具有接頭性能好、工藝質量的再現性和可靠性高等優點，對航空構件采用焊接式整體結構，對構件減重和降低加工的復雜性效果明顯。但是摩擦焊與電子束等熔焊工藝存在不同，焊接時兩個零件不能裝配在固定的夾具上，因此摩擦焊在產品實現工程化應用過程中，零件的焊接精度控制一度成為焊接工藝攻關的重要研究方向。本文通過摩擦焊的后鼓筒組件的焊接同心度技術要求為切入點，研究了焊接設備、焊接裝夾調整、測量等要素對焊接精度的影響，掌握了各項因素對測量結果的影響程度和方式，為提高零件焊接精度和控制方法給出了明確的方向。

1.焊前裝夾零件的測量

待焊接零件分別裝夾主軸和尾座上，裝配后需分別進行徑向和端面跳動測量，檢查零件的裝配質量和設備對中狀態。

1.1 主軸上零件測量

測量主軸上零件端面、徑向跳動相對簡單，將表固定在尾座（尾座不旋轉）上，主軸零件隨主軸轉動，由于測量表固定不旋轉，很容易讀出測量數據。

1.2 尾座上零件的測量

尾座零件測量不同與主軸零件，主要是測量表具安裝在旋轉主軸上，而被測量零件是固定的，在測量時由于表隨主軸旋轉，讀取數據需要隨著表位置進行移動，表面的方向也是變換的，因此通常情況下需要測量表安裝于較長的表桿上或剛性好的三角支架上，由于增加安裝測量表的機構，自然增加測量數據的誤差因素，尤其尾座零件相對于主軸中心線不可能是嚴格對中，它相對于主軸偏移方向不同，會對徑向跳動測量數據產生很多不同影響，測出的數據差異較大。

1.2.1 摩擦焊機的測量實驗

我們采用測量支架和表桿以及3個不同位置上的測量，3個位置距離分別為655mm、460mm和340mm的測量結果。采用專用測量支架測量的數據相對較小，也就是說更加接近實際數據；采用相同的表桿在不同距離上測量的數值也存在明顯的差異，距離越遠下部的負值越大，意味著數據偏差越大，與車床上測的結果完全一致。采用專用測量支架測量距離為655mm比表桿測量的340mm還要準確。基于上述實驗結果，在焊前裝配質量測量和設備對中情況檢查及調整時應采用專用支架，避免由于表桿安裝和調整長度帶來的誤差。

2.分析產生徑向跳動測量數據誤差的原因

由上述試驗可知表架自重、剛性和表架伸出長度對測量影響較明顯，分析原因如下：表桿剛性較差、中間存在螺絲緊固環節，測量中影響因素多，肯定不如專用測量支架剛性好；而且單位長度上自重較大，由圖1看出，當測量表處于上部時，由于表架和表的重量，有一個重力F1作用在表桿上，如果此時測量表壓進0.3mm，在此位將表調成“0”，當主軸逆時針旋轉到“左”位時，表架的重量不再作用在表桿上，表桿自然要自動彈出0.3mm，當表架轉到“下”位時，表架重量作用在表桿上是向下的，脫離零件方向，使表桿自然還要自動彈出0.3mm，那么上與下比較，一個壓下0.3mm，一個彈出0.3mm，因此下面測出的自然為“-0.6mm”。當表架轉到“右”位時，表桿不再受伸、縮重力作用，自然又自動彈出0.3mm。

3.測量夾持在尾座零件的徑向跳動數據的意義

盡管測量尾座零件徑向跳動的數據，與設備對中狀態存在較大偏差，但是在采用相同測量支架的條件下，測量數據的積累統計對工程應用仍有重要意義。

（1）可以考察焊機的對中狀態。

（2）通過對焊前測量與焊接組件同軸度數據的統計，可以找到二者存在的對應關系，從而更好地控制零件焊接質量。

（3）利用焊前測量與焊接組件同軸度偏移方向的對應關系，可以有效控制各級盤在焊接組件中的偏移方向。

結論

（1）在嚴格控制焊前零件加工質量及裝配質量的同時，采用專用測量支架測量尾座零件的徑向跳動，該數據盡管測量誤差，并不能直接代表設備尾座與主軸的對中狀態，但是記錄并統計該測量數據，可以作為考察設備對中狀態的依據，同時作為調整設備對中度的參考數據。

（2）焊前測量尾座零件的徑向跳動數據與零件的焊接同軸度存在一定的對應關系，這種對應關系可以有效控制組件焊接時各級盤的相對位置，并可以借此預判零件的同軸度的大概范圍。

（3）摩擦焊組合件加工基準的重新確定非常重要，新的加工基準的合理確定，可以有效改善焊接精度帶來的不利影響，是保證摩擦焊組合件最終質量關鍵技術。

參考文獻

[1]曾維慷.45#鋼摩擦焊工藝及變形研究[J].中國新技術新產品，2015（24）：105.

[2]王敬和.慣性摩擦焊接技術[M].北京：中國科技出版社，2002：218-221.