不锈钢导管环焊的组织与性能

摘 要：环焊是近几年开发的一种新型高效管路TIG焊方法.通过不同规格管材的焊接试验,研究了奥氏体不锈钢导管的环焊工艺,焊缝组织与性能,确定了焊接工艺方法和常用规格导管的工艺参数,对今后生产类似零件有一定指导作用.

关 键 词 ：导管；环焊；组织；性能

前言

在航空发动机、飞机附件机匣、发动机附件机匣等多种航空设备上,金属导管是其中非常重要的一部分.供油、回油、供氧、排气、环控等多种功能都是靠金属导管实现的.金属导管通常承担了较大的流体压力,其焊缝的可靠性对航空设备的可靠性有重要影响,在此要求下,近年来开发了一种针对金属导管的新型焊接工艺――环焊.

环焊是一种不填丝的自动TIG焊工艺,焊接时焊缝位于封闭焊钳内并用气体保护.较之手工氩弧焊,焊缝被保护的更为完全,焊缝质量受送丝速度、送丝量、焊移动速度、钨极与焊缝的距离变化等因素的影响更小,焊缝质量更为稳定.并且,在自动焊条件下,焊接收缩量也更为稳定,为管路件尺寸精度的提高创造了一个较大的空间,为过程控制能力的提升创造了良好的前景.

1.焊接试验

1.1 试验材料

试验选用1Cr18Ni9Ti的管材,规格分别为φ6×0.8、φ20×0.8.材料成分、力学性能表1、表2所示.

表1 材料成分[1]

表2 力学性能[2]

1.2 环焊设备

试验使用了美国MK公司的自动焊管机,配备COPPER 5002型封闭式全位置焊管钳,带焊钳水冷循环器,具有焊钳及管子背面保护气体控制功能.电源系统采用IGBT逆变电源,1A～200A焊接电流,100%负载,脉冲、连续式焊接电流输出；自动高压起弧.

1.3 焊接结构

若管管直接对焊,焊缝处会有一定凹陷.为防止这一点,考虑在焊缝处填充金属,以防止焊缝处减薄,达到焊缝正反面都有一定成型高度的效果,从而提高焊缝强度.由于焊钳为全封闭式,无法手工送丝,所以设计焊接结构为管接头处增加填充金属的结构如图1所示.该结构为对接焊接结构,将箭头所指部位熔化,起填丝作用.

图1 环焊缝结构 图2 管路端面焊接前

1.4 焊接工艺试验

为保证零件焊接两部分对正且贴合紧密,焊前准备过程对管路端面的要求非常严格,为了取得良好的焊接效果,充分的焊前准备是非常必要的.我们将管端研磨到符合图2要求后,对待焊部位进行了抛光,去除污物、氧化物和钝化膜等.

1.5 焊接工艺参数

首次焊接试验时,出现了沿周焊缝宽度极为不均匀且出现偏斜的情况.经多次试验和分析,该问题是由于钨极磨削不均匀造成的.当钨极锥面发生偏移或磨削痕迹不均匀时,电弧易发生漂移或发散现象,造成焊缝的不均匀.此外,在试验中发现,沿轴向磨削的钨极使用效果要好于沿周向磨削的钨极.将焊缝圆周分为八段对电流分别进行控制.在试验中不断优化焊接工艺参数,确定了最终的焊接电流数据和最佳的工艺参数,具体焊接工艺参数如表3所示.

表3 导管环焊的工艺参数

1.6 焊接质量的影响因素

钨极的调整主要包括钨极形状的磨削和钨极与熔池距离的调整.钨极与熔池距离是影响焊接质量的重要因素[3].若钨极与熔池距离过近,焊接过程中易出现夹钨或气孔缺陷；而距离过远,会有难以起弧的问题,零件不易焊透.经工艺试验得出,钨极与熔池距离在1mm～1.2mm之间时,焊接效果最为理想.

焊接电流也是影响焊接质量的最为重要的因素,焊缝的宽度、熔深、余高等重要参数都受其影响[3].

1.7 环焊的组织与性能

从图3金相照片可以看出,两种规格的管路焊缝与基体金属过渡圆滑,焊缝处的金相组织致密均匀,没有气孔裂纹等缺陷.从表4性能试验结果表明,焊缝力学性能满足导管环焊的设计要求.

φ6×0.8 φ20×0.8

图3 管路焊缝金相照片25×

φ6×0.8 φ20×0.8

图4 管路焊缝金相照片200×

表4 性能试验结果

为了准确控制焊接电流,达到良好的焊接效果,焊缝平滑美观,无裂纹、凹坑、咬边等缺陷,通过了X光检验、渗透检验、金相检验及性能试验,满足要求.

2.结束语

通过大量焊接工艺试验的摸索,总结了奥氏体不锈钢导管环焊加工的经验,确定了环焊零件的工装方案、工艺方案及参数,并且成功地生产出外观质量好,尺寸精确,焊缝美观、性能优越,符合设计要求的管路零件.形成了批量生产的能力,产品质量稳定,生产效率高.