0cr18ni9型不锈钢航空导管纵缝的自动化焊接工艺

2020-07-04张洪涛郭绍华

中国金属通报 2020年4期

张洪涛，郭绍华，王翀

（陕西飞机工业（集团）有限公司，陕西汉中 723215）

航空导管具备结构复杂、形式多样的特点，是飞机上关键组成部件之一，在系统中实现对燃油液压和氧气环境等的控制，具备压力传递以及燃油输送的作用。航空机械制造的过程中，需要使用焊接工艺进行焊接工作，将单个部件组合在一起，航空导管组成相对简单，主要包括单一导管、焊接导管和组合导管，具备轻量强韧和低消耗的优点，在飞机自动化制造的过程中，首先要实现航空导管的自动化焊接工艺，随着机械制造工艺自动化焊接设备的出现，保证了单管整体成形的强度和韧性，自动化焊接设备有效推动了机械制造工艺的科学性和精确性，实现了焊接工艺自动化的可能性[1]。航空单一导管成形方法主要采用焊接的方法成形，对自动化程度要求较高，从而保证单管的制造精度，在自动化焊接工艺中，航空导管的焊接包括标准半管和非标准半管，导管主要成形方法为组装焊接，并且有效避免焊接过程的差错，从而完成航空导管的自动化焊接工作。而航空导管传统焊接工艺中，很容易受到温度和湿度等环境方面的影响，造成导管形状产生变形，无法满足自动化焊接对导管制造精度的需求，为此对0Cr18ni9型不锈钢航空导管的自动化焊接工艺进行研究。

1 自动化焊接0Cr18ni9型不锈钢航空导管

1.1 焊接设备

薄壁不锈钢板的TIG焊接设备主要有焊接电源和焊接专机两部分。

1.1.1 焊接电源和焊接程序控制电源

焊接电源主要是提供焊接电流，焊接程序控制电源主要是控制焊接功能如：提前送气和滞后停气；直流/脉冲电流；横梁小车运动；送丝运动；横摆功能；弧长控制等。焊接程序控制电源如图1所示。

1.1.2 焊接专机

在薄壁不锈钢板的TIG焊接，主要存在焊接工件变形和焊缝表面氧化的缺陷。焊接变形主要是薄壁不锈钢板工件的长度大，在施焊的过程中，焊接的热量积累严重，造成工件受热不均匀，产生应力变形。焊缝表面氧化是由于熔池在未完全冷却的情况下被空气氧化，因为不锈钢板在连续焊接中必须保证焊缝光亮无氧化，所以只有正面保护气是不够的，要配置辅助保护装置。

本焊接专机主要有机座、琴键夹具、芯轴、轴端托架、行走小车。并配相应的十字滑架、送丝机、电缆总成、气管、水管、检测仪表和循环水泵等如下图所示。

图1 焊接程序控制电源

图2 导管纵缝自动化焊接专机

1.2 工艺试验流程

采用数控卷管机对板材（251.2mm×1000mm×0.8mm）卷制成直管，管径为80mm，直管对缝间隙要求小于0.3mm。导管纵缝自动化焊接前需对焊丝和焊接边20mm范围导管内外表面清理，去除焊丝和焊接边表面的氧化膜和油污。先化学清洗后，再采用机械打磨抛光清理[2]。采用琴键夹具对不锈钢导管进行固定，保证对接间隙小于0.3mm。

不锈钢焊丝的选择。根据0cr18ni9型不锈钢材质，自动化焊丝牌号为H0Cr19ni9，焊丝直径为1.0mm，具体化学成分如表1所示。

表1 焊丝化学成分表

H0Cr19ni9焊丝与母材0Cr18ni9化学成分一致，满足0Cr18ni9型不锈钢的强度，具有良好的焊接接头性能，且降低焊接材料成本。

焊接专机进行导管纵缝的自动化焊接，导管正反面进行氩气保护，焊接过程中氩气流量为5L/min。焊前不锈钢航空导管通入2min纯氩气，保证导管空气排除后方可进行焊接，导管冷却后滞后断气。

2 焊接工艺参数选择

对自动化焊接工艺进行规范，按95%、97%、98%、93%的比例设置各区电流。基值电流为第一焊区峰值电流的40%，合理控制热输入。焊速选择500mm/min，控制线能量。起弧电流选择较小，为第一区峰值电流的1/5，不超过20A。上升时间依第一焊区峰值电流而定，控制在5s～10s。在熄弧后仍持续送气保护，送气时间为5s。焊枪钨极尺寸为1.6mm，钨极端部距离焊缝1.5mm，选择钍钨，保证起弧可靠性，并适当填充焊丝，由机头送丝机构按设定的速度自动送入焊缝。

3 试验结果

（1）焊接外观对比及分析。自动化焊接对比手工焊接，不仅提高生产效率，且焊接质量稳定，导管外表成形美观，两种工艺焊接质量效果如图所示。

图3 自动化焊接（左）手工焊接（右）

在焊接不锈钢薄板时，手工氩弧焊因热影响区域大，焊接区域受热不均匀，造成焊缝外观不均匀，焊接接头变形大，局部出现焊瘤、咬边、气孔等缺陷，尤其在薄板焊接件表现尤为突出，焊接专机氩弧焊在一定程度是哪个弥补这一方面的不足，在焊接薄板时，薄板的加热、冷却都比较均匀，焊接过程中焊枪到焊缝的距离保持不变，焊接专机焊接作业具有相同的焊接参数，因此他焊接的工件在尺寸和质量方面都相对统一，焊缝外观更加美观。