45＃鋼摩擦焊工藝及變形研究

曾維慷（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

45＃鋼摩擦焊工藝及變形研究

曾維慷
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

本文介紹了45＃鋼件摩擦焊工藝參數、零件裝夾、焊接過程及過程中參數的實時變化情況，著重分析了焊接部位厚度、主要焊接工藝參數對焊接收縮、焊頭強度和變形的影響。簡要分析了產生上述情況的主要原因，并提出相應的解決措施。

45＃鋼；盤件焊接；工藝準備；影響

1 引言

鼓筒是燃氣輪機的核心，用摩擦焊連接鼓筒對于提高零件質量、壽命和可靠性是必要的。采用摩擦焊將各級盤焊接為一體，然后對零件進行加工，這種方法加工的鼓筒重量輕，保證了精度。本文介紹了45＃鋼摩擦焊的參數、工藝試驗及變形情況，對掌握工藝參數對焊接精度的影響規律，控制焊接變形具有意義。

2 工藝準備

2.1 零件結構及夾緊狀態

試驗件的結構及焊接夾具的夾緊、壓力的位置如圖1所示。

2.2 焊接設備

慣性焊機設備指標：

轉速：0～600r/min；最大轉動慣量：6500kg·m2；最大推力：350t；可焊最大環形面積：27000mm2。

2.3 焊接試驗

2.3.1 厚度不同試件，用相同焊接能量和壓力進行焊接，結果見表1。表中焊接能量、焊接壓力為輸入焊機的參數。轉速是主軸轉速，在飛輪不變時，對焊接能量變化產生影響的僅是轉速；焊接壓力是油缸壓力；峰值扭矩為焊接過程中最大值。表中收縮量是焊前、后零件總長差值，收縮量控制是尺寸精度的關鍵。

2.3.2 單位面積上焊接能量變化對焊接過程的影響，我們進行了兩次試驗見表2。

2.3.3 焊接壓力對焊接過程的影響見表3。

圖1 試件結構及夾持

表1 焊接厚度變化的結果

表2 焊接能量變化的結果

表3 焊接壓力變化的結果

3 結果分析

3.1 厚度變化的影響

從表1看出，焊接參數不變時，厚度減小2mm，產生如下影響：（1）轉速下降約14r/min，壓力下降25bar；焊接時間不變；峰值扭矩下降1/3；（2）收縮量平均增大0.4mm；（3）平行度、同心度無影響。壁厚為8mm時，焊接壓力提高10MPa，峰值扭矩提高了17kNM，焊接收縮量增加0.10mm。兩種不同的厚度（8mm、10mm）的試件，參數相同時，焊接收縮量不同，其中較薄件收縮量大0.34mm。厚度變化對精度無影響。

3.2 焊接能量的影響

厚度為10mm時，焊接能量對焊接的影響有：（1）能量下降，轉速下降，焊接時間明顯減少；（2）能量下降，收縮量減少；（3）相同試件，能量相同，焊接過程中峰值扭矩和收縮量非常穩定。

厚度為8mm時焊接能量的影響有：（1）能量下降，轉速下降，峰值扭矩無明顯變化；（2）能量下降，收縮量減少，焊接精度無明顯規律。厚度為8mm時，轉速對收縮量的影響在試驗范圍內呈線性關系。焊接能量影響收縮量，對其它無明顯影響規律。

3.3 壓力對焊接結果的影響

根據表3數據，壓力變化對收縮量的影響是壓力增大收縮量增大，且各個能量下壓力與收縮量的變化趨勢基本一致。另外，焊接壓力增加對焊接時間影響不大，對焊接中的峰值扭矩和焊接精度的影響無明顯規律。

結論

（1）腹板變形普遍存在于零件的焊接中，變形大小與焊接參數、峰值扭矩有關系，變形的方向方式與夾具結構有關系；（2）零件同軸度與焊接參數、壁厚無明顯關系，與設備精度、夾具和零件加工精度有關。

[1]商獻偉.大截面鋁/鋼摩擦焊工藝研究及溫度場模擬[D].蘭州理工大學，2010.

TG457

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