細長盒型腔體結構件自動焊技術研究

王寶寶 袁東 杜建國 張麗 胡華

摘? 要：某連接梁—側板組件為細長盒型腔體結構件，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方法存在諸多問題，產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性無法保證。該文以連接梁-側板組件實現(xiàn)自動焊為宗旨，通過產(chǎn)品結構特點、技術要求及難點分析，借助自動焊可行性及變形控制、主要承力部位一次焊接成型等工藝方法實施，最終實現(xiàn)連接梁—側板組件自動焊，以適應部件批量化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質量穩(wěn)定性。

關鍵詞：細長盒型;自動焊;產(chǎn)品質量;生產(chǎn)效率

中圖分類號：TG456? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

連接梁—側板組件為細長盒型腔體類結構件，目前廣泛應用在多個航天地面型號產(chǎn)品當中，主要用于承載起豎過程中大載荷沖擊，具有抗彎形高、強度高、可靠性高、超重載及輕質等性能優(yōu)點。

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方法采用人工焊接，生產(chǎn)過程中存在焊接工作量大、主要承力部位對接接頭焊接質量可靠性低等問題，無法滿足高度密集的型號生產(chǎn)任務。為適應產(chǎn)品批量化形勢需求，通過更改生產(chǎn)工藝方法，將傳統(tǒng)人工焊改為自動焊，以提高產(chǎn)品質量穩(wěn)定性，提升生產(chǎn)效率。

1 結構特點、焊縫質量要求及主要技術難點

1.1 結構特點分析

連接梁—側板組件為盒型焊接結構件（如圖1所示），其材料均選用HG785D低合金高強度焊接結構用鋼板，厚度為60 mm、4 mm、8 mm，主要由連接梁（如圖2所示）、側板、內(nèi)側封板組成，焊縫數(shù)量多且長短不一、焊接接頭坡口形式不一致。

主要結構特點分析如下：

（1）連接梁與側板焊接接頭為不規(guī)則異型焊縫，焊縫結構形式如圖3所示。

A向視圖中50 mm直線段經(jīng)過內(nèi)徑R18圓弧過渡至50°斜線段，過渡圓弧R10，焊縫起點、終點及R10過渡圓弧極易引起焊接缺陷。

（2）內(nèi)側封板為典型的長板類零件，且板厚較薄（δ=4）。該零件長寬比較大，內(nèi)側封板與側板對接處焊縫呈現(xiàn)出截面窄、長度長的特點，焊接過程中存在變形大、外觀成形質量較差的問題。

1.2 焊縫質量要求

連接梁—側板組件共有3條焊縫，各零件對接接頭處焊縫質量穩(wěn)定性要求高（見表1）。

1.3 技術難點分析

根據(jù)自動焊焊接原理，結合產(chǎn)品實際生產(chǎn)情況，連接梁—側板組件實現(xiàn)自動焊主要技術難點為如何有效控制焊接應力變形，以確保焊機焊槍法完成自動校位取點功能實現(xiàn)部件自動焊。

2 主要研究內(nèi)容

針對連接梁—側板組件實現(xiàn)自動焊主要技術難點，分別從自動焊可行性及變形控制、主要承力部位一次焊接成型等技術方法進行實施。主要實施內(nèi)容如下。

2.1 自動焊可行性及變形控制技術研究

根據(jù)自動焊工作原理，結合連接梁—側板組件結構形式，確定出內(nèi)側封板焊接變形為制約影響實現(xiàn)自動焊主要因素。

經(jīng)實物測量：連接梁—側板組件焊后縱向翹曲變形為492 mm;橫向扭曲變形為1.2 mm，該變形導致焊槍無法完成自動校點取位，自動焊無法實現(xiàn)。

為實現(xiàn)部件自動化焊接，采用以下工藝流程：

（1）連接梁機加成形，兩端通孔單邊預留10 mm機加余量，最終根據(jù)焊后成型尺寸完成通孔尺寸加工，保證孔距精度要求。

（2）為了有效地避免連接梁與側板對接焊接部位起弧、落弧時出現(xiàn)焊接應力集中等缺陷，施焊過程中在起弧、落弧兩端焊接引弧板，采用“打底”“蓋面”2次進行。

（3）內(nèi)側封板實現(xiàn)自動化焊接。內(nèi)側封板為典型的長板類零件，且板厚較薄，為確保該部件實現(xiàn)自動化焊接，將內(nèi)側封板和側板借助專用裝夾定位工裝以“背靠背”的方式進行剛性裝夾定位（如圖4所示），按照焊縫軌跡進行取點校位并根據(jù)校位結果完成焊縫裝點工作。

為保證連接梁-側板組件焊后成形尺寸要求，防止內(nèi)側封板因焊后收縮而導致成形尺寸不滿足設計指標，連接梁與側板焊接前預留了2 mm焊接間隙;同時，采用了先焊連接梁與側板對接部位處連續(xù)焊縫，再對內(nèi)側封板采用對稱施焊焊接斷續(xù)焊縫的焊接順序。

考慮到該種材質焊接過程中，須經(jīng)歷一個復雜的不均勻快速加熱和冷卻過程，勢必引起加工部位發(fā)生不均衡的應力應變，這種不均衡的應力應變是工件焊后殘余應力存在和工件產(chǎn)生變形的主要原因;而常用解決焊接應力的方法有整體高溫回火法、振動時效及自然時效等，結合材料自身力學性能指標及部件批生產(chǎn)周期，部件焊后采用振動時效方法解決焊接殘余應力集中現(xiàn)象（如圖5所示），通過測試效果明顯（如圖6所示）。

2.2 主要承力部位一次焊接成型試驗

鑒于連接梁與側板對接接頭為主要承力部位，為確保該部位焊接質量穩(wěn)定性，開展連接梁與側板對接接頭一次成型自動焊焊接試驗。

焊接試驗按照接頭坡口結構投入5組對接試料進行試板焊接試驗，見表2。

在采用自動焊焊接過程中，通過借鑒人工焊焊接參數(shù)，選取5組不同自動焊焊接參數(shù)值按照QJ176A—1999《地面設備熔焊通用技術條件》中Ⅰ級標準進行自動化焊接，并初步確定出可以實現(xiàn)焊縫焊接成型的焊接參數(shù)組，具體自動焊焊接參數(shù)表見表3。

按照JB/T 4730.2—2005《承壓設備無損檢測》中Ⅰ級標準進行X光射線探傷檢測，確定出滿足焊縫質量要求的自動焊焊接參數(shù)表，見表4。

經(jīng)探傷合格的每組焊接試板上不同區(qū)域分別截取3個拉伸試件、3個沖擊試件作為該組試件用于評價該條焊縫是否滿足力學性能指標。通過拉伸性能對比試驗及沖擊性能對比試驗（見表5），確定出連接梁與側板對接接頭部位處焊縫實現(xiàn)一次焊接成型的自動焊焊接參數(shù)。

通過表5中的焊縫力學性能對比試驗，確定出連接梁與側板對接接頭部位處滿足性能指標的自動焊焊接參數(shù)：氬—二氧化碳混合氣體：80%Ar+20%CO2，焊絲：SLD-80，直徑：φ1.2，焊接電流：I=190 A～230 A，電弧電壓：V=24 V～26 V，焊接速度：180 mm/min～220 mm/min，氣體流量15 L/min～20 L/min，無擺幅，焊接間隙：2 mm～3 mm。

結合連接梁—側板組件生產(chǎn)實際，對連接梁-側板組件的工序內(nèi)容進行細化梳理，最終形成連接梁-側板組件較完整的生產(chǎn)工序流程，其生產(chǎn)工序流程圖如圖7所示。

3 應用成效

連接梁與側板組件采用自動焊焊接，現(xiàn)已推廣應用于產(chǎn)品實際批量生產(chǎn)，有效提高了型號產(chǎn)品批生產(chǎn)能力。

對板厚不同、焊接坡口多樣化的HG785D焊接板材自動焊焊接參數(shù)的選取積累了豐富的經(jīng)驗，提高工藝可靠性和型號生產(chǎn)工藝保障能力，提供了技術儲備。

4 結語

連接梁—側板組件作為細長盒型腔體結構件，通過專用焊接裝夾定位工裝及主要承力部位一次焊接成型試驗，成功實現(xiàn)了自動焊;并借助振動時效的方式，有效解決了焊接殘余應力集中的現(xiàn)象，控制了焊接殘余應力對尺寸穩(wěn)定性的影響，焊縫質量穩(wěn)定性得到有效提升，提高了生產(chǎn)效率，現(xiàn)已成功應用于型號產(chǎn)品批生產(chǎn)階段。

參考文獻

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