某機型支架凸焊表面擊傷及攻絲缺陷控制研究

柯文敏，盧 銳，金坤梓，程 琦，羅 超，湯俊禮，袁培文

(中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412000)

1 焊接表面損傷原因

某機型支架A和B作為某型發(fā)動機不可或缺的一個小部件，是航空發(fā)動機系列最為典型的凸焊工藝零件，凸焊的有專門的凸焊設(shè)備實現(xiàn)，同時可以用點焊設(shè)備代替，這個零件長期以來由于焊接表面擊傷和鉆孔螺紋缺陷經(jīng)常報廢，嚴重影響發(fā)動機質(zhì)量和交付周期，經(jīng)濟損失較大。經(jīng)查A以往批次：16-1批，77件，36件由于表面沙眼螺紋斷扣而報廢；16-3批，99件，3件不合格；17-1批，137件，61件由于凸焊后攻絲后零件內(nèi)部存在缺陷，螺紋不能使用而報廢；B以往批次，17-1批，加工21件，14件報廢，17-2批，加工23件，6件報廢；零件報廢率很高合格率難以控制。同時表面出現(xiàn)明顯的擊傷痕跡，外觀質(zhì)量得不到保質(zhì)，質(zhì)量十分不穩(wěn)定，為了解決焊接表面擊傷和內(nèi)部螺紋斷扣缺陷問題，摸索新的焊接工藝參數(shù)，確保零件的質(zhì)量，進行了凸焊工藝攻關(guān)工作。

2 工藝分析

圖1 兩單件組合圖

根據(jù)現(xiàn)有支架A/B的工藝，工藝路線為：0配套—10點焊—20淬火—30鉗工—40檢驗，在10工序點焊設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生表面擊傷和內(nèi)部螺紋缺陷缺陷原因：一是兩單件組合及其裝配到夾具圖中（見圖1和圖2），裝配局部是有間隙的，瞬間電流過大，夾具導(dǎo)電，產(chǎn)生電弧致使零件表面擊傷痕跡或形成沙眼；內(nèi)部螺紋斷扣是因為焊接過程中形焊接夾具（圖2a）放電導(dǎo)致電流分流，內(nèi)部熔化不是在兩單件的接觸界面形成，而是在零件擊傷的界面附近形成金屬熔化區(qū)，冷卻后導(dǎo)致?lián)魝恢脙?nèi)部形成凝固縮孔；針對以上原因，工藝改進思路是調(diào)整焊接參數(shù)、改進焊接夾具、調(diào)整工藝控制過程。

圖2 (a)焊接夾具圖；(b)兩單件組合裝配到夾具圖

3 工藝改進及結(jié)果分析

針對以上工藝分析，首先在焊接過程中要使尺寸能定位準確，單件1與焊接夾具裝配的間隙不宜過大，而在不大的裝配間隙中，凸焊過程中在保證接觸面的凸點縱向間隙完全去除的情況下，材料沿周向的熱脹變形量會大于單件1與夾具的裝配間隙，所以在熱脹的過程中零件受熱變軟的材料就會容易與夾具剛性面接觸，接觸就會形成放電使零件擊傷或熱變形接觸痕跡，同時由于分流在接觸區(qū)域附近內(nèi)部界面形成熔化區(qū)域，熔化區(qū)域由于沒有正常的界面壓力保證在熔核冷卻凝固過程中去除縮孔，相當自由收縮，所以容易形成內(nèi)部的缺陷導(dǎo)致螺紋斷扣的發(fā)生，為了解決這兩個工藝難題分別做了幾個工藝方案來改進工藝。

方案一：定位零件1的時候外面使用絕緣的膠木作為定位圓，原來工藝路線不變。

方案二：調(diào)整工藝路線0配套—5點焊定位—10點焊—15鉗工—20淬火—30鉗工—40檢驗和調(diào)整焊接參數(shù)，焊接的過程先采用焊接夾具增加一道小電流焊接定位工序，此時電流電流值不足以產(chǎn)生電弧和放電鍛粗變形接觸表面擊傷，然后取下焊接夾具再用大電流焊接，焊接過程控制細節(jié)更改為：5點位定位—在焊接夾具上接觸焊定位，零件焊后不脫落即可，不要求檢查熔核；10點焊—外通水冷，不允許使用焊接夾具焊接，焊接時調(diào)整零件在電極中心并擺正，先不通電，調(diào)整上下電極先壓緊零件，然后通電踩腳踏開關(guān)進行焊接。每批兩件做金相試驗，剖切面兩側(cè)從外到內(nèi)2.5mm圓環(huán)范圍內(nèi)有熔合即可。

要想達到焊接單件1上不出現(xiàn)焊接的接觸痕跡，必須正式焊接能量熔化接觸凸點形成熔核的時候不能使用焊接夾具，那么就必須要有一個很好的定位的工序，定位工序必須用到焊接夾具保證尺寸，定位首先常規(guī)的想法是用氬弧焊的方法定位，氬弧焊定位不能使用該套夾具，用手工畫線的方法，定位到沿周均布置3到4點，首先在氬弧焊定位處是存在很大間隙，定位過程中對圓柱零件加熱會產(chǎn)生較大的變形，但是在定位后經(jīng)過點焊焊接過程中，焊接時候氬弧焊焊點增加了凸焊接觸焊點的面積，焊接過程氬弧焊點局部分流，導(dǎo)致局部熱量過大，局部形成壓潰變形，不能保證零件完整性，焊接出來的零件變形嚴重，同時定位后凸點后面的間隙不能隨著焊接熔化而及時適應(yīng)去除，導(dǎo)致焊接過程中界面熔化的金屬從間隙中擠出，如圖3所示。

表1 定位焊接參數(shù)

表2 10工序點焊第二次焊接參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計對比

圖3 氬弧焊定位的后點焊零件狀態(tài)

從上可以得出氬弧焊定位不可取，只能從電阻焊這種方法本身去想辦法，就是把雙脈沖焊接的電流單獨分開成兩道工序，焊接夾具定位的時候采用小電流焊接，能量不足以產(chǎn)生缺陷為準，定位的時候零件只要稍微的粘上即可，同時在焊接的過程中要使圓柱單件不出現(xiàn)變形而且接觸端面的間隙剛好去除；針對如此方案目標調(diào)整參數(shù)進行試驗，試驗過程如下。

采用交流點焊設(shè)備DN2-200，電極采用直徑Φ16的平面電極，下電極預(yù)制小孔，運用普通的點焊機做凸焊試驗，采用10級功率，調(diào)整最佳焊接參數(shù)，對于點焊定位的電流保證兩個單件焊接時候不出現(xiàn)不歪斜的情況下間隙均勻，單件1不出現(xiàn)焊接擊傷和接觸的痕跡，定位參數(shù)裕度很大，在合適范圍內(nèi)都可以，參數(shù)調(diào)整后最佳匹配正式焊接參數(shù)的定位參數(shù)如表1所示；關(guān)鍵是正式參數(shù)的調(diào)節(jié)較有難度，必須保證凸焊后金屬熔化潰降速度均勻，首先控制過程不能是電極直接沖擊下來焊接，直接沖擊零件會出現(xiàn)歪斜，采用點焊機上的輔助行程先預(yù)壓緊零件，焊接的零件保持在電極的中間，然后通電焊接，焊接熔化至冷卻過程中始終手動扶正零件保證零件水平，同時必須有合適的加熱參數(shù)和合適的焊接壓力。

經(jīng)過電流和壓力的調(diào)節(jié)，從表2中看出第7組焊接參數(shù)為合適的最佳參數(shù)，焊接外觀可以看出經(jīng)過方案二改進后零件的表面狀態(tài)光亮無燒損和擊傷痕跡，接觸面的間隙均勻。

4 生產(chǎn)驗證應(yīng)用效果

采用雙電流分工序焊接工藝方案二的改進進行了生產(chǎn)驗證，改進前后的結(jié)果如下表3所示，改進后的批次100%合格。

表3 零件改進前后的一次交檢情況

5 結(jié)論

（1）采用雙電流分工序焊接工藝的最佳焊接參數(shù)為表1和表2的第7組參數(shù)，焊接后零件外觀完美，接觸間隙完全去除，金相低倍兩側(cè)熔合良好，超過2.5mm熔合區(qū)，滿足設(shè)計和工藝的要求。

（2）采用雙電流分工序焊接金相組織為典型的奧氏體組織，晶粒較基體細，具有較好的力學(xué)性能。

（3）通過采用雙電流分工序焊接，先在剛性焊接夾具上小電流定位，后無焊接夾具大電流焊接，零件的外觀和攻絲合格率提高到100%，大大提高了零件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。