某型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)APU系統(tǒng)進(jìn)氣道殼體組件焊接技術(shù)研究

高婷婷

摘 要：某型機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力系統(tǒng)APU進(jìn)氣道殼體組件為焊接零件。該組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由殼體壁板、法蘭、襯板、角筋、加強(qiáng)筋等43項(xiàng)零件組合焊接而成，基體材料為TC4鈦合金，屬于復(fù)雜構(gòu)型熔焊和電阻焊組合焊接裝配件。為解決此種特型結(jié)構(gòu)復(fù)雜焊接體零件，減少焊接操作難度，進(jìn)行了特型電極及氬弧焊背面保護(hù)夾具的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)，通過試驗(yàn)和成功應(yīng)用，總結(jié)出發(fā)動(dòng)機(jī)輔助動(dòng)力系統(tǒng)APU進(jìn)氣道殼體組件焊接工藝方案及氬弧焊背面保護(hù)夾具，解決了焊機(jī)結(jié)構(gòu)與零件結(jié)構(gòu)相互干涉無法焊接的問題，零件焊縫達(dá)到設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：TC4 特型電極 氬弧焊保護(hù) 焊接夾具

中圖分類號(hào)：V463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0087-02

鈦合金具有比強(qiáng)度高，耐腐蝕、耐低溫以及高溫下具有高的疲勞強(qiáng)度，低的膨脹系數(shù)，良好的可加工性等優(yōu)點(diǎn)。鈦合金制作的零件性能不受環(huán)境限制，在航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

該組件焊接工藝共涉及1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm 3種厚度鈦合金材料、5種結(jié)合形式，其中電阻焊所占焊接量比重最大。電阻焊是通過電阻熱使工件結(jié)合面熔化，在下壓力作用下形成熔核，產(chǎn)生牢固接頭的一種焊接工藝。氬弧焊是利用氬氣對(duì)金屬材料的保護(hù)，通過高電流產(chǎn)生的電弧熱使被焊材料與焊絲達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接工藝。

1 APU進(jìn)氣道殼體組件焊接特性

該組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由殼體壁板、法蘭、襯板、角筋、加強(qiáng)筋等43項(xiàng)零件組合焊接而成，屬于復(fù)雜構(gòu)型熔焊和電阻焊組合焊接裝配件，焊接過程中發(fā)現(xiàn)，由于組成進(jìn)氣道殼體的壁板為雙曲面結(jié)構(gòu)，其曲度變化導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)件間夾角差異極大，且密封法蘭與對(duì)接法蘭“V”型結(jié)構(gòu)交匯處距離狹小，部分位置的焊點(diǎn)受板材夾角與設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸的限制無法焊接。全組件有1 000余處電阻焊焊點(diǎn)，近1/3焊點(diǎn)利用現(xiàn)有的電阻焊設(shè)備無法焊接。其次，全組件有14處焊縫由氬弧焊焊接，由于組件空間尺寸較大、結(jié)構(gòu)開敞，焊縫反面通氬保護(hù)困難，焊接質(zhì)量無法保證。

2 APU進(jìn)氣道殼體組件焊接特型電極的設(shè)計(jì)

2.1 電阻焊焊機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電阻焊焊機(jī)含上電極、下電極及電極座等部分，常規(guī)上、下電極分別裝卡于上、下電極座上。焊接時(shí)上電極下壓，下電極支撐，共同作用。由于下電極需承受極大下壓力（具體壓力以工件結(jié)合厚度選擇，通常以MPa計(jì)算），因此承力部位基體較粗，要求具有足夠的剛度。另外，焊接時(shí)要求工件待焊平面水平放置，與上、下電極間保持垂直，如傾斜則無法形成完好的焊點(diǎn)。

該組件因焊機(jī)結(jié)構(gòu)與零件結(jié)構(gòu)干涉無法焊接的區(qū)域主要有6部分，由此產(chǎn)生的裝卡不到位（工件待焊區(qū)不水平）、電極接觸不到工件表面和上電極無位移空間等問題使制造過程無法進(jìn)行。

2.2 APU進(jìn)氣道殼體組件焊接特型電極的設(shè)計(jì)

針對(duì)不同干涉區(qū)域的尺寸差異和焊機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，需設(shè)計(jì)特型電極，完成該組件的電阻焊制造部分。上、下電極共設(shè)計(jì)6個(gè)型號(hào)。電極材料為紫銅，尺寸由裝卡狀態(tài)確定。通過彎曲、加長、降低、偏心等方式，形成電極作用點(diǎn)中心位置的移動(dòng)，以適應(yīng)焊點(diǎn)位置。同時(shí)，在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)上、下電極支座，以達(dá)到最佳焊接狀態(tài)，且焊接前均進(jìn)行試片焊接，通過撕破檢驗(yàn)與拉力檢驗(yàn)等方式進(jìn)行驗(yàn)證，以保證焊點(diǎn)質(zhì)量。

2.3 焊接工藝流程的設(shè)計(jì)

焊接過程中干涉區(qū)域應(yīng)遵循一定的焊接順序，需設(shè)計(jì)完善的工藝流程，焊接時(shí)特型電極分別組合使用，配合殼體組件的旋轉(zhuǎn)擺放，才能完成焊接。每次電極更換需重新調(diào)試設(shè)備，做焊接試片檢驗(yàn)，耗時(shí)費(fèi)力，焊接時(shí)應(yīng)遵循一定的焊接順序，在盡可能少換電極的前提下完成焊接。焊接流程設(shè)計(jì)已在裝配制造指令中完整體現(xiàn)，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證后已確定焊接順序，并已在工藝流程中完善工序安排，能夠順利地焊接出合格產(chǎn)品。

2.4 背面保護(hù)

氬弧焊焊接區(qū)域共14處，鈦合金氬弧焊要求對(duì)焊縫正反面均需通氬氣進(jìn)行保護(hù)，防止氫、氧等有害元素對(duì)焊縫的侵蝕和損害。針對(duì)氬弧焊焊接區(qū)域焊縫較短，基本分布于直角角接處的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)背面保護(hù)焊夾具以保證焊接質(zhì)量。

焊接時(shí)，操作者持焊槍于焊縫正面操作，焊槍自帶保護(hù)氣裝置可對(duì)槍頭施焊區(qū)域進(jìn)行通氬保護(hù)，焊縫背部則放置背面保護(hù)焊夾具并用弓形夾夾緊。此背面保護(hù)夾具按照焊縫背面零件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，夾具體上密布φ1.0 mm通氣孔。保護(hù)氣體（氬氣）由前端導(dǎo)管通入夾具體內(nèi)，經(jīng)密布的通氣孔在需保護(hù)位置形成穩(wěn)定均勻的氣體層，達(dá)到保護(hù)效果。

在實(shí)際制造過程中，新設(shè)計(jì)的特型電極與背面保護(hù)夾具均產(chǎn)生了最初預(yù)期的使用效果，在對(duì)焊點(diǎn)焊縫進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測后，驗(yàn)證了特型電極與背面保護(hù)夾具的可靠性與穩(wěn)定性。最終，順利完成對(duì)該復(fù)雜構(gòu)形零件的所有焊接部分的制造工作。

2.5 焊接方法

（1）焊前預(yù)先通氬氣一段時(shí)間，然后起弧焊接。

（2）采用較大口徑的噴嘴。噴嘴與工件間的距離適當(dāng)縮小以加強(qiáng)保護(hù)。鎢絲伸出噴嘴的長度宜短，以不妨礙觀察到熔池為限。

（3）采用短弧焊，不擺動(dòng)焊槍。

（4）焊絲熱端在焊接過程中不能脫離保護(hù)范圍，防止氧化。

（5）停焊時(shí)要滯后送氣15～30 s，直至焊接區(qū)域溫度降至250 ℃以下。

2.6 注意事項(xiàng)

（1）焊接操作者應(yīng)戴潔凈的白細(xì)紗布手套。

（2）經(jīng)處理的焊區(qū)嚴(yán)禁用手觸摸和接觸鐵質(zhì)物品。

（3）焊接操作盡可能在室內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境風(fēng)速應(yīng)不大于0.5 m/s，避免穿堂風(fēng)影響。

（4）采用小的焊接線能量，噴嘴與焊件的夾角保持70°～80°。

3 結(jié)論

（1）該復(fù)雜構(gòu)形焊接類零件，通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的改造和創(chuàng)新及改變電阻焊電極以滿足零件結(jié)構(gòu)的變化，設(shè)計(jì)出合理的焊接方案，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造要求。

（2）氬弧焊焊接保護(hù)工藝方案有效解決了焊縫背面保護(hù)的問題，保護(hù)下的焊縫呈銀白色或淡黃色，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造要求。

（3）按照焊接工藝的要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量和焊縫質(zhì)量比無有效控制有很大提升。

（4）APU進(jìn)氣道殼體組件焊接工藝研究的成果得到了工程化應(yīng)用的充分驗(yàn)證，特型電極的設(shè)計(jì)方案及焊縫正、反面保護(hù)裝置簡單實(shí)用、快速便捷。目前，此套保護(hù)方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。

參考文獻(xiàn)

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