CN102009246B - 一种细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，包括以下步骤：1)清理待焊位置；2)待焊位置焊前预热，预热至80℃～150℃；3)焊接环境要求：环境温度15℃～30℃；相对湿度不超过75％；4)采用低碳焊丝H18CrMoA焊接，焊接电流为90A～130A；5)焊后对焊缝加热至150℃～250℃；6)缓冷处理：自然冷却至室温～50℃；7)在焊接开始后8h内进入退火处理；8)打磨过程中将焊缝起弧点和收弧点打磨掉凸角，台阶处形成斜面过渡。

Description

一种细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法

技术领域

本发明涉及一种细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，特别是细长薄壁发动机燃烧室壳体与边条翼支座搭接焊缝裂纹的控制方法。 

背景技术

焊接是发动机燃烧室壳体制造过程中一项主要工艺方法，发动机燃烧室壳体是一种高压容器，焊接质量在很大程度上决定产品质量优劣。因此，在发动机燃烧室壳体制造中焊接是关键工序之一。但焊接技术本身也存在着不可轻视的技术问题，在生产中难以避免产生许多焊接缺陷：如裂纹、气孔、夹杂、未焊透、未熔合、咬边等，而这些缺陷又可能诱发裂纹，裂纹是发动机燃烧室壳体工作时发生破坏的根源，必须引起足够的重视。 

有些场合，发动机燃烧室壳体多数采用高强度钢和超高强度钢，因强度高，韧性低，特别是焊缝性能比母材低，选用合理的焊接方法和材料尤为重要。超高强度钢焊接方法有：摩擦焊、气体保护焊、等离子焊、电子束焊等，钨极氩弧焊属于气体保护焊。 

现有发动机燃烧室壳体的主要工艺制备路线为：圆筒旋压(或圆筒卷焊)+前后封头焊接→机加→壳体焊接→退火→X光检测→调质→X光检测→机加→水压→喷砂→喷漆→入库。焊接质量的好坏决定壳体承受压力的高低，如果焊接质量有问题，在水压时壳体会爆破，致使产品报废，直接影响着后续加工和使用性能。 

某些细长薄壁发动机燃烧室壳体需要焊接固定电缆的电缆罩支座和起导向作用的边条翼支座，由于边条翼支座尺寸较大，两侧为满焊缝，调质时由于燃烧室壳体的壁厚较薄，冷却速度不一，极其容易在边条翼支座焊缝起弧点和收弧点出现裂纹，严重影响产品质量，因此控制其裂纹产生对该产品加工有着很重要的意义。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种细长薄壁发动机燃烧室壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，在边条翼支座焊接过程和焊缝打磨过程进行控制，有效地避免裂纹的产生。 

本发明的技术方案：本发明的细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法包括以下步骤： 

1)清理待焊位置； 

2)待焊位置焊前预热，预热至80℃～150℃； 

3)焊接环境要求：环境温度15℃～30℃；相对湿度不超过75％； 

4)采用低碳焊丝焊接，焊接电流为90A～130A； 

5)焊后对焊缝加热至150℃～250℃； 

6)缓冷处理：自然冷却至室温～50℃； 

7)在焊接开始后8h内进入退火处理； 

8)打磨。 

进一步地，所述的步骤4)的低碳焊丝采用H18CrMoA焊丝。 

优选地，所述的步骤2)待焊位置焊前预热，预热至120℃～130℃。 

优选地，所述的步骤3)环境温度为18℃～25℃。 

优选地，所述的步骤4)焊接电流为100A～110A。 

优选地，所述的步骤5)焊后对焊缝加热至200℃～220℃。 

进一步地，所述的步骤1)清理待焊位置包括：焊接前将焊丝及焊件上的水分清理干净；用脱脂棉蘸乙醇清理焊接区域，清理后焊接区域无氧化物、水份、油污；用砂纸、脱脂棉蘸乙醇清理焊丝，清理后焊丝无氧化物、水份、油污。 

进一步地，所述的步骤8)打磨过程中将焊缝起弧点和收弧点打磨掉凸角，台阶处形成斜面过渡。 

本发明的技术效果体现在：通过焊前清理准备并预热，焊后缓冷并及时退火，将焊缝起弧点和收弧点打磨掉角，避免裂纹的产生。经实践证明，本发明的控制方法，调质后经无损检测焊缝质量符合设计QJ1842-95Ⅱ级要求，产品合格率达到100％。 

附图说明

图1为发动机燃烧室壳体结构简图。 

图2为边条翼支座主视图。 

图3为图2的左视图。 

图4为图2的俯视图。 

具体实施方式

本发明主要是加强边条翼支座焊接过程和焊缝打磨过程控制，具体为：焊前清理准备并预热待焊位置；焊接过程首先按等韧性原则选择焊丝，其次满足焊接环境要求最后控制焊接电流；焊后缓冷并及时退火，将焊缝起弧点和收弧点打磨掉角，避免裂纹的产生。 

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。 

如图1：燃烧室壳体1采用30CrMnSiA结构钢，是发动机燃烧室壳体的关键件，由圆筒体、前封头、后封头、前裙、边条翼支座(44个)和电缆罩支座(32个)组焊而成。 

边条翼支座共四排(图中只示意出一排)，边条翼支座2燃烧室壳体1的焊接，采用本发明的多支座搭接焊缝裂纹控制方法。每排边条翼支座2的上、下边同焊在燃烧室壳体1的两条母线1a、1b上。 

如图2、图3、图4：边条翼支座2的上、下边2a、2b是与燃烧室壳体1的焊接边。 

其中圆筒体为变壁厚整体旋压结构，边条翼支座与长度为3440mm，燃烧室壳体1的主体圆筒段外径仅为φ400mm，壁厚为2.8mm；长径比为8.6，属于细长薄壁多支座零件，边条翼支座搭接焊缝技术要求QJ1842-95Ⅱ级。 

燃烧室壳体调质后，边条翼支座焊缝起弧点和收弧点会出现大量裂纹，本发明的方法包括以下步骤： 

1)清理待焊位置：主要对燃烧室壳体1焊接边条翼支座2的位置和边条翼支座进行清理； 

2)用氧—乙炔焰对待焊位置(燃烧室壳体1焊接边条翼支座2的位置)焊前预热，预热至80℃～150℃； 

3)焊接环境要求：环境温度15℃～30℃；相对湿度不超过75％； 

4)采用低碳焊丝焊接，焊接电流为90A～130A； 

5)焊后用氧—乙炔焰将焊缝加热至150℃～250℃； 

6)缓冷处理：自然冷却至室温～50℃，即50℃以下； 

7)在焊接开始后8h内进入退火处理； 

8)打磨。 

优选地，所述的步骤4)低碳焊丝采用H18CrMoA焊丝。 

优选地，所述的步骤2)预热至120℃～130℃。 

优选地，所述的细步骤3)环境温度18℃～25℃。 

优选地，所述的步骤4)焊接电流为100A～110A。 

优选地，所述的步骤5)焊后对焊缝加热至200℃～220℃。 

进一步地，所述的步骤1)清理待焊位置要求：焊接前将焊丝及焊件上的水分清理干净；用脱脂棉蘸乙醇清理，要求清理后焊接区无氧化物、水份、油污；用砂纸、脱脂棉蘸乙醇清理焊丝，要求清理后焊丝无氧化物、水份、油污。 

进一步地，所述的步骤8)打磨过程中将焊缝起弧点和收弧点打磨掉凸角，台阶处形成斜面过渡。 

重点地，包括以下措施： 

1、焊前预热和焊后加热缓冷： 

因为钢的奥氏体等温度转变过程中，冷却速度愈快，奥氏体转变为马氏体的趋势愈强烈，伴随相变应力，淬硬性严重。预热和缓冷可以缓解这种趋势，减少焊缝的脆性和应力，同时预热还可以使焊接时熔池流动性变好，有利于预防焊接裂纹的产生，因此，在支座焊接前对燃烧室壳体1焊接边条翼支座2的位置进行局部预热，焊后加热缓冷，保温30min进行控制。 

2、选择合适成分的焊丝： 

按等韧性原则选择焊丝，在选择焊丝时，除了要保证不产生裂纹，还要考虑焊缝金属的调质与母材一致，以保证调质后的接头性能与母材相同，因此焊缝金属的主要合金组成尽量与母材相近，但对能引起焊缝裂纹倾向和促使金属脆化的元素(如C、Si、S、P等)应加以严格控制，H18CrMoA焊丝可满足以上要求，该焊丝属于超低碳焊丝，从而提高了焊缝抗裂性能，使热影响区的各类应力通过焊缝本身得到松弛，防止裂纹向焊缝扩展。 

3、焊前严格清理： 

由于采用手工钨极氩弧焊，氩气属于惰性气体，它既无脱氧能力又无去氢能力，所以对焊前准备工作就要求很严格，这就要求焊接前应该将焊丝及焊件上的水分清理干净，具体为：用风动钢丝轮、砂布清理支座焊接部位和壳体上待焊区，使之露出金属光泽无黑点，用脱脂棉、乙 醇认真清理，要求清理后，焊接区无氧化物、水份、油污等，直至脱脂棉擦拭无黑渍；用砂纸、脱脂棉、乙醇清理焊丝，要求清理后焊丝无氧化物、水份、油污等。 

4、控制焊接环境和焊接参数： 

焊接时，焊接场地室温不低于15℃，相对湿度不超过75％，焊接电流控制在90A～130A范围，有效地避免裂纹的产生。 

5、焊接后8h内退火： 

尽管采取了焊后加热缓冷的工艺措施，但仍不能完全消除焊缝内的拘束应力和残存的氢，还很容易产生裂纹，所有焊接后严格控制焊接件在短时间内退火，时间越短越好，我们采用焊后8h内退火。 

6、焊后将焊缝起弧点和收弧点打磨掉角： 

裂纹总是起源于焊接接头的某种几何状不规则处，如角焊缝的焊址，未焊透的焊缝根部等，这些地方的条件是不利的，因为它们恰好在蠕变塑性最差的区域(热影响区的粗晶区)，引起应力集中，迫使该处首先变形，一旦其应变超高材料的抗拉强度，就会产生裂纹。所以将边条翼支座焊缝起弧点和收弧点打磨掉角，台阶处形成斜面过渡，有效地控制裂纹的产生。 

Claims (4)

1.一种细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，燃烧室壳体采用30CrMnSiA结构钢；

包括以下步骤：

1)清理待焊位置；

2)待焊位置焊前预热，预热至120℃～130℃；

3)焊接环境要求：环境温度为18℃～25℃；相对湿度不超过75％；

4)采用低碳焊丝焊接，具体选用H18CrMoA焊丝，焊接电流为90A～130A；

5)焊后对焊缝加热至200℃～220℃；

6)缓冷处理：自然冷却至室温～50℃；

7)在焊接开始后8h内进入退火处理；

8)打磨。

2.根据权利要求1所述的细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，其特征在于：步骤4)焊接电流为100A～110A。

3.根据权利要求1或2所述的细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，其特征在于：步骤1)清理待焊位置包括：焊接前将焊丝及焊件上的水分清理干净；用脱脂棉蘸乙醇清理焊接区域，清理后焊接区域无氧化物、水份、油污；用砂纸、脱脂棉蘸乙醇清理焊丝，清理后焊丝无氧化物、水份、油污。

4.根据权利要求1或2所述的细长薄壁壳体与多支座搭接焊缝裂纹控制方法，其特征在于：步骤8)打磨过程中将焊缝起弧点和收弧点打磨掉凸角，台阶处形成斜面过渡。

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