李佳
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066
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、焊枪移动速度、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环管成形及焊接工艺技术分析
企业使用6m长的直管弯成弹簧形状后切割，再焊接成大环管和小环管，成形后的环管其形状不规则，造成与其他管件的焊接处的缝隙大小不一样，缝隙相差较大，焊接困难，焊接效率很低。经过对企业产品成型和焊接工艺分析，总结有以下几项问题存在。
（1）由6m长直管弯成螺旋管后经过切割，两端切口圆截面中心相距19mm，经过强行压平后，大环管的周长比实际的要长，误差为1.9%；小环管的周长也比实际长，误差为2.7%；这种情况虽然对环管成形影响不大，误差较小，但还是有影响。
（2）连接件1和连接件2的切口成型采用冲压工艺，冲出的切口粗糙和和理论尺寸相差太大，这是造成焊接处的缝隙大最主要的原因。
（3）焊接工作台2的固定槽太过松弛，没有起到应有的限制固定作用。
1.2环焊设备
试验使用了美国MK公司的自动焊管机，配备COPPER5002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。该结构为对接焊接结构，将箭头所指部位熔化，起填丝作用。
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。
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
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。
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成形及焊接工艺技术改进
经过对企业环管成形工艺及焊接工艺分析后，采取以下方案改进。
（1）抛弃连接件1和连接件2的冲压成形工艺方法，采用激光切割成形的方法，这样的产品相对接近理论形状和尺寸精度。
（2）小环管采用单独焊接工作台1进行焊接，将一圈螺旋管压入平台槽中，将焊接处放在开口处焊接成为环管初步设计环形槽的直径为?17mm。
（3）设计出新的焊接工作台2台面结构，台面由电机带动旋转。
焊接工作台2的压紧机构中压件1有2个，压件2有4个，支撑件4个，气缸一个。气缸伸出时，压件压紧大环管和小环管。
（4）将焊接成环管的小环管、4个连接件1、4个连接件2、大环管和中心进气管件全部放在焊接工作台2上，整体焊接。将小环管和大环管放入焊接工作台2后，按下压紧按钮，机构将大环管和小环管压住，然后放入连接件1和连接件2，再焊接。
（5）焊接翻转机构。当上面焊接完成后，由左右两个水平伸缩气缸伸出，左右两个夹紧气缸夹紧大环管，上下伸缩气缸伸出将整个焊接件举起，由步进电机将整个焊接件翻转180度后，上下伸缩气缸缩回，加紧气缸松开，水平伸缩气缸缩回，进行背面焊接。
（6）设计出自动机构带动焊枪自动焊接，设计焊枪的运动轨迹，编制焊接控制程序。焊接工作台设有4个工位，每次旋转1/4周，旋转一次，换一个工位。
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。
参考文献
[1]陈恒庆，等.中国钢铁材料牌号手册[M].北京：中国标准出版社，1994.
[2]《机械工程材料性能数据手册》编委会.机械工程材料性能数据手册[M].北京：机械工业出版社，1995.
[3]黄德志，王义.管道环焊缝装配间隙对焊接质量的影响[J].焊接技术，2006，35：36～38.