起落架鈦合金環形零件在大氣環境中的焊接質量控制

趙　勇，張一宏

(中航飛機起落架有限責任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

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起落架鈦合金環形零件在大氣環境中的焊接質量控制

趙勇，張一宏

(中航飛機起落架有限責任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

現代飛機起落架高壽命、高可靠的特點促使了各種新材料特別是鈦合金、超高強度鋼等材料在起落架上的廣泛應用，其中以TC6、TC18等鈦合金的應用最為典型。這類鈦合金具有比強度高、疲勞性能優良和抗腐蝕性能好等特點，但是鈦合金是活潑金屬，在焊接過程中易氧化；所以，鈦合金的焊接大部分都采用真空電子束焊接或在真空充氬箱內采用全氣氛惰性氣體保護焊接。從材料和人員設備以及制造過程等方面，研究了TC6鈦合金零件在大氣環境中的焊接工藝應用及質量控制，并經驗證表明，通過合適的工裝保護及質量控制，可以獲得合格的焊縫。

起落架；鈦合金環形零件；焊接；質量控制

隨著科學技術的不斷進步，對航空航天飛行器的性能要求也越來越高，這就對航空航天材料及其加工技術提出了新的挑戰。航空航天飛行器的飛行速度、飛行距離、運載能力和機動性能受到機體質量的極大制約，因此，能夠有效減重的連接技術和輕質、高強的新型材料，己經成為人們在材料開發及應用過程中迫切尋求的目標[l]。在材料的選擇上，由于鈦合金具有比強度高、抗腐蝕性好、耐高溫以及韌性和焊接性較好等一系列優點，又具有與先進復合材料在熱學、電化學方面的相容性，一直是航空、宇航工業上應用的重要結構材料，并具有越來越廣泛的應用前景。近年來，應減重的要求，鈦合金的應用在飛機起落架上越來越廣泛；但由于鈦合金比較活潑，一般情況下其焊接均選用真空電子束或在真空充氬氣氛下進行。本文主要討論鈦合金撐桿類零件在大氣環境中的焊接應用及質量控制。

1　材料和人員控制

1.1材料控制

TC6鈦合金屬于Ti-Al-Cr-Mo系(α+β組織)合金，在低密度下，該合金具有高的力學性能(Rm≥980 MPa)和耐蝕性。

對焊接工藝使用的工藝輔助材料氬氣、TA20焊絲和鎢極等均應按照相關標準進行規定項目復驗，合格后投入使用。

1.2人員和工作環境控制

1)從事鈦合金鎢極氬弧焊的焊工應經過相關的培訓和考核，并持有符合HB 5299規定的焊工技術等級合格證書。

2)鈦合金焊接生產現場的環境應保證潔凈和良好的通風，空氣中有害氣體和煙塵的含量應符合GBZ1—2002標準的規定。焊接生產現場應是干燥的，生產現場應放置溫度計和濕度計，生產現場的環境溫度應為10～26 ℃，空氣相對濕度應≤75%。

3)生產現場不允許進行氣割、焊條電弧焊、砂輪打磨和清理等產生煙塵和噪聲的工作。

4)所有的裝配、焊接工作應在沒有含油、灰塵等其他物質掉落到被焊零件上的環境條件下進行。因為即使很小的污染也會在焊縫中形成氣泡。

2　設備控制

1)焊接設備應是能夠提供連續脈沖能量并具有直流電源特性的半自動或自動鎢極氬弧焊機，焊機應具有高頻引弧和電流衰減功能。

2)用于鈦合金自動焊接的設備應有保護氣提前供給及延時斷氣裝置，送絲和工件轉動機構應運動平穩，可無級調速。

3)焊機用電的網路電壓波動應≤±10%。

4)焊槍應有良好的導電性能，電極夾緊可靠，噴嘴帶有氣篩(氣體透鏡)，焊接電流較大和自動焊時焊槍應采用水冷槍。

5)電路、氣路和水路的連接應牢固可靠，氣路中不允許存有殘留水分。

3　制造過程控制

制造工藝流程如下：零件配套→零件清洗、除油→定位焊→檢驗→定位焊點清洗→電子束焊打底→檢驗→鎢極脈沖氬弧焊再次打底→X光檢查→鎢極脈沖氬弧焊填絲→檢驗→X光檢查→焊后去應力退火→檢驗→X光檢查→檢驗。

3.1焊接前準備

1)零件的焊前準備包括端部加工和坡口表面的清理。坡口端面應加工至表面粗糙度≤Ra3.2 μm。在焊接前，為了減少氣孔的數量，用刮刀加工零件端面或用細銼銼修，直到去掉機械加工痕跡為止。應仔細清理和清洗離坡口兩端寬度為15～20 mm的表面，直到得到均勻銀白色為止。清洗時先用丙酮，然后再用工業酒精擦拭。

2)在焊接坡口上不允許有裂紋、壓痕和毛刺等缺陷。

3)在定位焊和焊接之前，用工業汽油對零件所有表面進行清洗去污，然后用浸濕丙酮的干凈棉布將零件坡口處和焊絲擦洗干凈，再用工業酒精將焊接坡口處和焊絲擦洗干凈。坡口處應反復進行擦洗，直到布塊上無污點為止。

3.2焊接

1)焊接過程中焊接區應具有可靠、完全的氬氣保護，已經形成焊接接頭的熔合區段對于溫度>250 ℃部分的正面和背面均應置于可靠、完全的氬氣保護之下，因此，應根據零件結構設計可靠保護焊縫正面及背面的氣保護工裝。

2)局部氣保護工裝的設計如圖1所示。撐桿類零件套入氣保護工裝的環形孔內，惰性氣體從圖中導管注入，并從內側的過濾網中滲出，保護整個環形焊縫。兩側加墊片固定，防止惰性氣體外漏，并起散熱作用。

3)采用全方位局部保護自動焊時，在焊接結束后應給焊槍和保護裝置繼續供氬氣且不能把焊槍從焊縫上移開；該繼續供氣時間應足以防止在焊接接頭上出現氧化色。

圖1　焊接氣保護工裝及焊接保護過程示意圖

4)焊槍軸線相對于焊縫縱向在手工焊時應成60°～80°夾角，在自動焊時成80°～90°夾角。鎢極與焊絲間成80°～90°的夾角。

5)焊槍噴嘴到被焊零件表面的距離建議為5～8 mm。鎢極相對于零件接縫在全部焊縫長度上的偏移應≤0.5 mm。

3.3焊后熱處理

1)不遲于6晝夜，應對焊接后的零件進行退火處理。

2)熱處理時，建議每爐零件帶2套熱處理隨爐試樣。隨爐試樣的檢驗項目為拉伸、沖擊和α相層檢驗。

3.4焊縫的檢測

為了評定鈦合金焊接接頭的焊接質量和發現缺陷，可采用如下檢驗方法：焊縫的外觀檢查和測量；表面氧化程度檢查；X射線探傷；焊接接頭的力學性能試驗等。

4　結語

通過對鈦合金環形零件在大氣環境中的焊接工藝驗證發現，通過合適的工裝保護及合適的質量控制，可以獲得合格的焊縫。

[1] 王金友，葛志明，周彥邦.航空用鈦合金[M]. 上海：上海科學技術出版社，1985.

責任編輯鄭練

Research on the Welding of the Aircraft Landing Gear Titanium Alloy Ring Shape Part Quality Control in the Atmospheric Environment

ZHAO Yong, ZHANG Yihong

(Liaoyuan Branch, AVIC Aircraft Landing Gear Co., Ltd., Hanzhong 723200, China)

The modern aircraft landing-gear has the characteristic of high life and high reliability, which makes each new material, especially the titanium alloy and ultra high strength steels are widely used in landing-gear, TC6 and TC18 titanium alloy are the most representative. This kind of titanium alloy has advantage such as high strength, good fatigue performance and stress corrosion resistant etc., but the titanium alloy is the active alloy, so the welding of the titanium is usually use EBW or a box with all the argon. This article is mainly about the welding of titanium alloy in the atmosphere.

landing-gear, parts made of titanium alloy, welding, quality control

V 261.3+4

A

趙勇(1978-)，男，工程師，主要從事飛機起落架生產過程中噴丸及焊接工藝應用等方面的研究。

2015-11-24