不銹鋼導(dǎo)管環(huán)焊的組織與性能

宋健 鄭醫(yī) 徐磊 王廣海 劉玉萍

摘 要：環(huán)焊是近幾年開發(fā)的一種新型高效管路TIG焊方法。通過不同規(guī)格管材的焊接試驗，研究了奧氏體不銹鋼導(dǎo)管的環(huán)焊工藝，焊縫組織與性能，確定了焊接工藝方法和常用規(guī)格導(dǎo)管的工藝參數(shù)，對今后生產(chǎn)類似零件有一定指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管；環(huán)焊；組織；性能

前言

在航空發(fā)動機(jī)、飛機(jī)附件機(jī)匣、發(fā)動機(jī)附件機(jī)匣等多種航空設(shè)備上，金屬導(dǎo)管是其中非常重要的一部分。供油、回油、供氧、排氣、環(huán)控等多種功能都是靠金屬導(dǎo)管實現(xiàn)的。金屬導(dǎo)管通常承擔(dān)了較大的流體壓力，其焊縫的可靠性對航空設(shè)備的可靠性有重要影響，在此要求下，近年來開發(fā)了一種針對金屬導(dǎo)管的新型焊接工藝——環(huán)焊。

環(huán)焊是一種不填絲的自動TIG焊工藝，焊接時焊縫位于封閉焊鉗內(nèi)并用氣體保護(hù)。較之手工氬弧焊，焊縫被保護(hù)的更為完全，焊縫質(zhì)量受送絲速度、送絲量、焊槍移動速度、鎢極與焊縫的距離變化等因素的影響更小，焊縫質(zhì)量更為穩(wěn)定。并且，在自動焊條件下，焊接收縮量也更為穩(wěn)定，為管路件尺寸精度的提高創(chuàng)造了一個較大的空間，為過程控制能力的提升創(chuàng)造了良好的前景。

1 焊接試驗

1.1 試驗材料

試驗選用1Cr18Ni9Ti的管材，規(guī)格分別為φ6×0.8、φ20×0.8。材料成分、力學(xué)性能表1、表2所示。

表1 材料成分[1]

表2 力學(xué)性能[2]

1.2 環(huán)焊設(shè)備

試驗使用了美國MK公司的自動焊管機(jī)，配備COPPER 5002型封閉式全位置焊管鉗，帶焊鉗水冷循環(huán)器，具有焊鉗及管子背面保護(hù)氣體控制功能。電源系統(tǒng)采用IGBT逆變電源，1A～200A焊接電流，100%負(fù)載，脈沖、連續(xù)式焊接電流輸出；自動高壓起弧。

1.3 焊接結(jié)構(gòu)

若管管直接對焊，焊縫處會有一定凹陷。為防止這一點，考慮在焊縫處填充金屬，以防止焊縫處減薄，達(dá)到焊縫正反面都有一定成型高度的效果，從而提高焊縫強(qiáng)度。由于焊鉗為全封閉式，無法手工送絲，所以設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)為管接頭處增加填充金屬的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)為對接焊接結(jié)構(gòu)，將箭頭所指部位熔化，起填絲作用。

圖1 環(huán)焊縫結(jié)構(gòu) 圖2 管路端面焊接前

1.4 焊接工藝試驗

為保證零件焊接兩部分對正且貼合緊密，焊前準(zhǔn)備過程對管路端面的要求非常嚴(yán)格，為了取得良好的焊接效果，充分的焊前準(zhǔn)備是非常必要的。我們將管端研磨到符合圖2要求后，對待焊部位進(jìn)行了拋光，去除污物、氧化物和鈍化膜等。

1.5 焊接工藝參數(shù)

首次焊接試驗時，出現(xiàn)了沿周焊縫寬度極為不均勻且出現(xiàn)偏斜的情況。經(jīng)多次試驗和分析，該問題是由于鎢極磨削不均勻造成的。當(dāng)鎢極錐面發(fā)生偏移或磨削痕跡不均勻時，電弧易發(fā)生漂移或發(fā)散現(xiàn)象，造成焊縫的不均勻。此外，在試驗中發(fā)現(xiàn)，沿軸向磨削的鎢極使用效果要好于沿周向磨削的鎢極。將焊縫圓周分為八段對電流分別進(jìn)行控制。在試驗中不斷優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，確定了最終的焊接電流數(shù)據(jù)和最佳的工藝參數(shù)，具體焊接工藝參數(shù)如表3所示。

表3 導(dǎo)管環(huán)焊的工藝參數(shù)

1.6 焊接質(zhì)量的影響因素

鎢極的調(diào)整主要包括鎢極形狀的磨削和鎢極與熔池距離的調(diào)整。鎢極與熔池距離是影響焊接質(zhì)量的重要因素[3]。若鎢極與熔池距離過近，焊接過程中易出現(xiàn)夾鎢或氣孔缺陷；而距離過遠(yuǎn)，會有難以起弧的問題，零件不易焊透。經(jīng)工藝試驗得出，鎢極與熔池距離在1mm～1.2mm之間時，焊接效果最為理想。

焊接電流也是影響焊接質(zhì)量的最為重要的因素，焊縫的寬度、熔深、余高等重要參數(shù)都受其影響[3]。

1.7 環(huán)焊的組織與性能

從圖3金相照片可以看出，兩種規(guī)格的管路焊縫與基體金屬過渡圓滑，焊縫處的金相組織致密均勻，沒有氣孔裂紋等缺陷。從表4性能試驗結(jié)果表明，焊縫力學(xué)性能滿足導(dǎo)管環(huán)焊的設(shè)計要求。

φ6×0.8 φ20×0.8

圖3 管路焊縫金相照片25×

φ6×0.8 φ20×0.8

圖4 管路焊縫金相照片200×

表4 性能試驗結(jié)果

為了準(zhǔn)確控制焊接電流，達(dá)到良好的焊接效果，焊縫平滑美觀，無裂紋、凹坑、咬邊等缺陷，通過了X光檢驗、滲透檢驗、金相檢驗及性能試驗，滿足要求。

2 結(jié)束語

通過大量焊接工藝試驗的摸索，總結(jié)了奧氏體不銹鋼導(dǎo)管環(huán)焊加工的經(jīng)驗，確定了環(huán)焊零件的工裝方案、工藝方案及參數(shù)，并且成功地生產(chǎn)出外觀質(zhì)量好，尺寸精確，焊縫美觀、性能優(yōu)越，符合設(shè)計要求的管路零件。形成了批量生產(chǎn)的能力，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。

參考文獻(xiàn)

[1]陳恒慶，等.中國鋼鐵材料牌號手冊[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

[2]《機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊》編委會.機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[3]黃德志，王義.管道環(huán)焊縫裝配間隙對焊接質(zhì)量的影響[J].焊接技術(shù)，2006，35：36～38.