密封盖板焊接裂纹分析

2015-07-01代仁文

兵器装备工程学报 2015年12期

张森，代仁文

(海装重庆局，重庆 401120)

焊接工艺属特殊过程，是生产过程中着重关注的工艺，但焊接工艺常因为工艺设计、选材等方面的原因会影响焊接效果，有时会产生裂纹等非预期现象。文献［1 -4］中分析了焊接工艺中常遇到的疑难问题及现在采用的焊接工艺，本研究在此基础上针对某型舰炮的密封盖在焊接中出现的裂纹，从材料的焊接性能、零件状态和焊接流程等方面分析裂纹产生的机理，并提出了改进要求，对以后的生产具有一定的指导意义，也为其他焊接件的生产提供借鉴。

某型舰炮自动机采用管后坐的自动方式，电底火弹药，为防止自动机及弹药在使用过程中，因海水或夹渣等因素可能导致的短路及动作不可靠，设计了密封盖等装置进行密封和防护。密封盖主要采用焊接的方式进行连接密封盖由摇架盖板、底座和窗盖等零件焊接装配而成，其装配方式如图1所示。

图1 密封盖相关零件装配位置示意图

在舰炮使用过程中，密封盖主要起密封和观察作用，但在产品生产过程中，密封盖出现了焊接裂纹，直接影响到了密封性能。焊接裂纹如图2 所示。

图2 焊缝裂纹位置示意图

1 机理分析

密封盖焊接处裂纹外侧长度约为40 mm，内侧长度约为6 mm，均为贯穿性裂纹(摇架盖板厚度3.5 ～4 mm)，裂纹距离焊缝距离约为10 mm。本研究针对焊接所选用零件材料、焊丝性能、零件实物状态和焊接流程等方面进行分析。

1.1 零件材料性能分析

摇架盖板本体材料为ZL101A，为铝硅系列铸造合金，是以ZL101 合金为基础严格控制杂质的合金，具有良好的铸造、焊接和耐腐蚀性能，其强度为σb≥235 MPa，伸长率为2～5%，详见表1、表2 所示［5-8］。底座的材料为5A06，材料状态为H112，厚度为12 mm，具有较好的焊接和耐腐蚀性能，其抗拉强度σb≥305 MPa，伸长率≥12%［2］。

表1 Al-Si 系合金的铸造性能

表2 铸造铝硅合金的和机加工特性

通过表1 和表2 可知，ZL101A 材料的铸造性较好，选择较好的铸造工艺，可避免较多的铸造缺陷的产生，同时其采用氩弧焊的焊接性能也较好。因此，在摇架盖板上焊接另外一个焊接性也较好的零件，是可行的。

1.2 焊丝选择及性能

焊接时，在工艺上采用SAlSi -1 焊丝，通常用于焊接铝板、铝硅铸件、一般铝合金、锻铝和硬铝。由于零件本体材料为铝硅铸件和一般铝合金，因此具有良好的融合性能，合适作为ZL101A 和5A06 材料间的焊丝材料。焊丝化学成分见表3，焊接接头力学性能见表4 所示。

表3 焊丝化学成分

表4 焊接接头力学性能

1.3 焊接前零件状态

摇架盖板零件在实际加工过程中，由于铸造余量的差异导致加工后，零件的厚度小于资料规定为尺寸5 mm(局部只有3.5 mm)。同时，由于机加后斜面厚度较薄，加之斜面的平面度由于机加热变形较差，零件中间表面会凹下去，平面度达到4 ～5 mm。而底座平面度较好，当两个零件贴合在一起焊接时，为消除贴合面之间缝隙及焊接需要，会使用夹具将两个零件贴合在一起，首先就会在强度较差的一个零件上产生较大的预应力。

1.4 焊接流程

摇架盖板和底座焊接前，首先进行了吹砂和表面清洁工作，焊接前均进行了预热处理。焊接方法采用氩弧焊，焊缝类型为角焊缝，焊接时沿底座四边焊接，四周焊缝长度约为750 mm，工作量较大，工人实际操作时焊角高度也不容易保证，资料要求焊缝高度为4 mm，而实际焊缝高大部分达到了6 mm。当焊缝越高，焊接时零件产生的热容量就更大，产生的应力也就越大。

综上所述，在摇架盖板上产生的裂纹原因主要有两个:摇架盖板的零件状态未能满足产品要求，导致在焊接时，在夹具的作用下，会在其上面产生较大的预应力; 焊缝实际焊接结果比产品资料要求较高，导致焊接时产生的热容量较大，从而也产生了较大的应力。由于摇架盖板材料的强度和伸长率低于底座的材料强度和伸长率，当两个零件相互作用时，造成在摇架本体焊缝附近热应力区的本体被撕裂，从而产生焊接裂纹。