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本文采用自動(dòng)環(huán)焊設(shè)備對發(fā)動(dòng)機(jī)管進(jìn)行焊接試驗(yàn)。通過調(diào)整焊接電流和氣體流量模索出適合壁厚0.8mm的奧氏體不銹鋼管自動(dòng)環(huán)焊的焊接工藝參數(shù)。經(jīng)外觀檢驗(yàn)和X光檢驗(yàn)，證明不銹鋼管滿足焊接要求合格率達(dá)到95%以上為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)不銹鋼管的全自動(dòng)焊接提供依據(jù)。

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，耐熱性能和良好的焊接性，廣泛應(yīng)用于汽車、核電、石油、航空航天和食品灌裝等領(lǐng)域。

不銹鋼管是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，主要應(yīng)用于燃油和滑油等油路系統(tǒng)中，用于輸送氣體和潤滑油等工作介質(zhì)。發(fā)動(dòng)機(jī)管零件具有種類多、數(shù)量大、精度等級高等特點(diǎn)，其直徑從幾毫米到幾百毫米因此其制造精度和質(zhì)量的要求也隨之提高。為此，傳統(tǒng)的手工氬弧焊工藝已逐步被全位置自動(dòng)焊接工藝代替。

采用微束等離子弧焊和手工氬弧焊焊接發(fā)動(dòng)機(jī)管的缺點(diǎn)是對焊工的技能水平要求較高6習(xí)，一般情況下，焊縫成型都不甚理想，會出現(xiàn)焊偏、凹陷、焊漏、焊不透等缺陷。而采用真空電子束焊的成本太高裝配復(fù)雜[]。因此，自動(dòng)氬弧焊就成了焊接導(dǎo)管較理想的焊接方法。自上個(gè)世紀(jì)90年代出現(xiàn)了自動(dòng)環(huán)焊機(jī)以來，自動(dòng)環(huán)焊機(jī)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)不銹鋼管焊接上得到應(yīng)用。我公司在國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)管的焊接中首次采用自動(dòng)環(huán)焊設(shè)備并對其自動(dòng)環(huán)焊的焊接參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究分析。

1試驗(yàn)材料及研究方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為0Crl8Ni9奧氏體不銹鋼管，規(guī)格為6mm×0.8mm×120mm。化學(xué)成分見表1：

1.2焊接設(shè)備及主要控制部分

選用了美國MK公司生產(chǎn)的型號為ACL-200的小型自動(dòng)環(huán)焊機(jī)進(jìn)行焊接試驗(yàn)。該設(shè)備采用的是鎢極氬弧焊，焊接管的外徑范圍6mm~50mm。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的導(dǎo)管的直徑通常在30mm以內(nèi)完全可以滿足要求。圖1給出了該自動(dòng)環(huán)焊設(shè)備的主要控制系統(tǒng)。

該設(shè)備的工作流程：將管零件裝夾在焊機(jī)上后連接上保護(hù)氣體輸入管保護(hù)氣體首先通過焊機(jī)控制系統(tǒng)后，從保護(hù)氣體通路中輸出后分為兩部分一部分作為輸入管內(nèi)保護(hù)氣體，減少管焊縫背面的氧化和控制成型；另一部保護(hù)氣體進(jìn)入焊機(jī)作為管焊縫正面焊接的保護(hù)氣體。焊機(jī)內(nèi)鎢極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行動(dòng)作通過鎢極控制線路進(jìn)行調(diào)節(jié)。焊機(jī)部分對主要的焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)節(jié)。其中焊機(jī)為該自動(dòng)環(huán)焊設(shè)備的關(guān)鍵部位之一，圖2中分別顯示了焊機(jī)的打開狀態(tài)和裝夾完畢后的閉合狀態(tài)。鎢極直接裸露在焊機(jī)內(nèi)，可以在焊機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)環(huán)形焊接（不同于手工氬弧焊）且裝配不同的焊接夾具還可以實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)形狀管的焊接。

環(huán)焊其實(shí)是自動(dòng)氬弧焊的一種，而且環(huán)焊采用無焊絲填充是靠焊前預(yù)留母材自熔填充焊縫成型的管的焊接接頭采用鑲嵌式的結(jié)構(gòu)，見圖3所示。鑲嵌裝配好的管固定在焊接夾具和焊機(jī)上后，即可以進(jìn)行定位焊，然后進(jìn)行環(huán)焊焊接。

在管的自動(dòng)環(huán)焊過程中，焊縫正反面通常都需要進(jìn)行氣體保護(hù)。尤其是要在管內(nèi)部通入保護(hù)氣體，對環(huán)焊縫的背面成型效果至關(guān)重要。圖4中顯示了管內(nèi)部的氣體保護(hù)示意圖，零件一端通入氬氣后在另一端通過過濾網(wǎng)后氣體流出，可以達(dá)到緩沖氣流的目的。

2試驗(yàn)過程

2.1焊接工裝的設(shè)計(jì)

環(huán)焊夾具要求與管精準(zhǔn)配合，設(shè)計(jì)與制造尺寸公差嚴(yán)格，既不可與管配合過緊以免拆取時(shí)對零件表面造成劃傷，也不可過松從而影響焊接后的同軸度，同時(shí)也要考慮到環(huán)焊夾具與零件的干涉問題。圖5（a）為環(huán)焊夾具將此夾具設(shè)計(jì)為開口結(jié)構(gòu)是為保證零件裝配后鎢極與焊縫對中。零件裝配后結(jié)構(gòu)如圖5（b）所示零件可在工裝上進(jìn)行微調(diào)。由于工裝是通過若干個(gè)p2.5的小螺絲固定在焊鉗上，對于結(jié)構(gòu)簡單、形狀單一的管或管接頭可一次裝夾實(shí)現(xiàn)多件焊接。

2.2焊接試驗(yàn)

不銹鋼管自動(dòng)環(huán)焊的焊接參數(shù)主要包括焊接電流、焊機(jī)轉(zhuǎn)速、保護(hù)氣體流量、接頭處的間隙等。焊接電流過大焊縫表面容易出現(xiàn)凹陷在背側(cè)則焊縫高度大；焊接電流過小，焊縫表面凸起，背側(cè)焊縫容易出現(xiàn)未焊透，因此需要摸索合適的電流和氣體流量以獲得滿意環(huán)焊效果。針對q6mm不銹鋼管進(jìn)行環(huán)焊試驗(yàn)焊接過程中采用導(dǎo)管內(nèi)部通氬氣保護(hù)，通過調(diào)節(jié)焊接電流和管內(nèi)保護(hù)氣體流量，分析以上參數(shù)對環(huán)焊焊縫的影響。

表2中記錄了焊接電流，氣體流量參數(shù)變化，及外觀和X光檢驗(yàn)結(jié)果。從表2可以看出焊接電流的大小對環(huán)焊效果起著主要作用。當(dāng)鎢極轉(zhuǎn)速保持在7.96rpm時(shí)焊接電流從30A減小到25.7A時(shí)隨著焊接電流的減小焊縫表面的余高逐漸增大而焊縫背面的余高呈下降趨勢。當(dāng)焊接電流為27.1A時(shí)環(huán)焊焊縫正反兩面的成形良好，余高適中滿足0~0.4mm的范圍要求。管內(nèi)通保護(hù)氣體的流量對環(huán)焊焊縫成形效果沒有明顯影響但如果管內(nèi)沒有氣體保護(hù)（組2）焊縫背面的氧化變黑十分嚴(yán)重，不符合要求。而如果保護(hù)氣體流量過大（組4）形成由內(nèi)向外的正壓力會在焊接過程中使熔融態(tài)金屬外溢凸起，甚至不能形成焊縫。

從表2中選取3、5、7三組試樣解剖后觀察其焊縫背面的成形效果。如圖6(a)所示，焊接電流為27．1 A時(shí)，管環(huán)焊背面焊縫表面光滑，成形規(guī)則，焊高適中。而當(dāng)焊接電流降低為25．7 A時(shí)，從圖6(b)可以看出環(huán)焊焊縫背面明顯未焊透，X光片上則沒有余高顯示。焊接電流增加到28．6 A時(shí)，氬氣保護(hù)流量為11 L/min時(shí)，環(huán)焊縫的背面出現(xiàn)輕微變黑的氧化色，并且焊縫背面過渡不圓滑，與圖6(a)相比，由于熱輸入量大，焊縫寬度有所增加。

選取組5環(huán)焊的試件進(jìn)行低倍觀察，如圖7，從圖中可以看出焊縫表面焊高均勻規(guī)整，焊縫組織均勻細(xì)密沒有氣孔和微裂紋等缺陷與外觀和X光檢驗(yàn)結(jié)果一致環(huán)焊接頭完全滿足要求。

經(jīng)上述環(huán)焊試驗(yàn)后，可以確定壁厚為0.8mm的p6不銹鋼管的合理工藝參數(shù)為：焊接電流27.1A管內(nèi)保護(hù)氣體流量11~13L/min氬弧焊氣體流量11.0~13.5L/min。

3結(jié)論

經(jīng)研究使自動(dòng)環(huán)焊氬弧焊工藝用于奧氏體不銹鋼管的焊接工藝可行性能可靠外形美觀自動(dòng)化程度有其無可比擬的優(yōu)越性（p6mm管的一次性焊接合格率達(dá)到95%以上。

環(huán)焊夾具設(shè)計(jì)為開口結(jié)構(gòu)，可以保證零件裝配后鎢極與焊縫對中，零件可在工裝上進(jìn)行微調(diào)實(shí)現(xiàn)一次裝夾進(jìn)行多件焊接。

（2）焊接電流對環(huán)焊焊縫的成形起主要作用。隨著焊接電流的減小焊縫表面的余高逐漸增大，而焊縫背面的余高呈下降趨勢。當(dāng)焊接電流為27.1A時(shí)環(huán)焊焊縫正反兩面的成形良好余高適中滿足0~0.4mm的范圍要求。

（3）經(jīng)環(huán)焊試驗(yàn)確定6mm不銹鋼管的優(yōu)化工藝參數(shù)為：焊接電流27.1A管內(nèi)保護(hù)氣體流量11~13L/min氬弧焊氣體流量11.0~13.5L/min。