CN104308334A - 一种航空发动机导管焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空发动机导管焊接方法属焊接技术领域。按照以下步骤进行：(1)根据被焊管件直径选取与其相配的管件夹具；(2)将管件夹具的上·下夹瓣分别固定至焊机上·下仓盖；(3)根据焊缝连接类型，安装对接焊接钨极装夹装置或搭接焊接钨极装夹装置，装卡钨极时需把钨极轴线与焊接管件的被焊部位轴线形成45°或90°的夹角；(4)关闭焊机舱盖，根据管件主体材料及管径，确定焊接参数，采用自动旋弧焊设备对航空发动机导管进行焊接。本发明使得航空发动机导管采用自动旋弧焊接相比传统的手工氩弧焊接单件加工周期可缩短数倍以上且焊缝无损合格率较高(接近100％)，焊接质量可靠，获得优质焊缝，极大地提高航空发动机导管的焊接质量及制造效率。

Description

一种航空发动机导管焊接方法

技术领域

本发明属焊接技术领域，具体涉及一种航空发动机导管焊接方法。

背景技术

现阶段国内航空发动机用导管受选用的金属材料、整体设计布局、液压及气压等使用功能约束,在其接头连接部位必须采用焊接的方式进行工艺制造加工,而目前应用于航空发动机焊接接头类型导管因其接头类型众多,导管本身形状各不相同,因此为保证其焊缝强度,通常采用手工熔焊的方式进行接头与导管主体间的连接。因人为操作因素影响,其焊缝外观质量不一,同时产生内部缺陷的几率也较大；热影响区涉及连接部位的主体面积较大,易导致极限使用状态下产生开裂；焊缝处受手工焊接设备外形影响不易进行密闭保护,因此完成焊接操作后焊缝处易产生氧化皮及氧化色影响外观质量；同时生产准备及焊接操作过程时间较长,在批量加工时的生产效率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明一种航空发动机导管焊接方法，通过在现有焊接机头的基础上设计了新的钨极装夹结构和专用焊机夹瓣及氩气保护装置的研发制造，经过试验确定不同规格导管对接及搭接环焊缝的不填丝的钨极氩弧焊的自动旋弧焊工艺参数，可以实现类似焊缝结构的焊接自动化生产，从而摆脱传统的手工焊接方式实现高效焊接加工。

本发明一种航空发动机导管焊接方法，按照以下步骤进行：

(1)根据被焊管件直径选取与其相配的管件夹具；

(2)将管件夹具的上·下夹瓣分别固定至焊机上·下仓盖；

(3)根据焊缝连接类型，安装对接焊接钨极装夹装置或搭接焊接钨极装夹装置，装卡钨极时需把钨极轴线与焊接管件的被焊部位轴线形成45°或90°的夹角；焊接的管件焊缝为搭接形式时，钨极轴线与管件的被焊部位轴线的装夹角度成45°；焊接的管件焊缝为对接形式时，钨极轴线与管件的被焊部位轴线的装夹角度成90°；

(4)关闭焊机舱盖，根据管件主体材料及管径，确定焊接参数，采用自动旋弧焊设备对航空发动机导管进行焊接。

所述管件夹具由上夹瓣1和下夹瓣2组成，上夹瓣1和下夹瓣2呈上下两半式设计，上夹瓣1和下夹瓣2之间形成夹持所述焊接管件的圆孔3，上夹瓣1还设有纵向螺栓安装孔5，纵向螺栓安装孔5中拧入螺钉用于将夹瓣横向紧固至焊机舱盖上；上夹瓣1和下夹瓣2的边缘设有轴向螺栓安装孔4，在轴向螺栓安装孔4中拧入螺栓用于将夹瓣沿管件夹持孔轴向定位于焊机仓盖上，防止空气延缝隙进入焊机仓，进而起到防止管件焊缝氧化的作用。

所述管件夹具的尺寸可根据管件尺寸大小进行调节。

所述搭接焊接钨极装夹装置8如包括钨极固定座81，紧固螺栓83和钨极固定螺钉82，81钨极固定座与上舱盖6通过紧固螺栓81进行连接，钨极固定座81中设有钨极插槽，钨极10以插入的方式与钨极固定座81连接，钨极固定座81外部设有螺钉孔，螺钉孔中拧入钨极固定螺钉82用于固定钨极；通过改变固定座在上舱盖的安装角度，可将钨极与管件形成45～50度的夹角，实现搭接焊接。

所述对接焊接钨极装夹装置9包括钨极固定座81，钨极固定螺钉82，钨极10是以插入的方式，结合钨极固定螺钉82拧紧固定于焊机上舱盖6的钨极固定座81内的。

所述焊接参数如下:管径/焊接结构：Φ6～Φ24对接/搭接；旋转方式：反转；起弧电流：10～45A，上坡时间：0.5～3S；收弧电流：5～15A，下坡时间：0.5～2S；

焊接过程分段，根据管径规格不同，焊接参数段落一般为4-7段；

峰值及基值电流设置，峰值电流为每段焊接参数起始的焊接电流，范围由30-45(A)；后续依次为：基值电流该段焊接过程中的运行电流，范围由10-20(A)；脉冲频率设定范围值为7.0-8.0(PPs)；峰值百分比设定范围值为50％-70％；焊接转速设定范围值为3.5-7.0(RPM)分段持续时间设定范围值为3.0-12(S)。

常规焊接受焊管钳结构的影响，不同外圆的零件装夹困难。管子与零件是通过两侧的铝合金夹瓣夹紧定位的，同时夹瓣也是氩气保护腔的一部分，并在焊接时形成焊接电回路。自动旋弧焊机原有的夹瓣对于某些配焊零件的装夹部位多样的外径尺寸管径的管子不适用，且不在已有的夹瓣尺寸内。必须研制专用焊机用夹瓣。而且受空间和装配方式的限制，设计一种可调内径的通用夹具是必然的。

为实现搭接焊缝的焊接，必须使钨极偏转与管子轴线形成40°～50°的夹角，并且为适应不同管径和厚度，钨极必须可调。同时焊管钳内空间有限，新研制的搭接焊接钨极装夹装置要尽可能的小，而且在旋转时不会碰到其它部位或产生引弧放电。

对于每一种特定规格的管件或零件必须进行试验确定焊接参数后，才可进行焊接生产。因此，对于各种规格的管件的对接、搭接焊缝的焊接参数必须通过试验摸索确定，而且试验件的的材料、结构、尺寸必须与实际生产零件相同，这样才能有效的保证焊接质量。在焊接参数试验中，我们首先进行了管—管对焊的试验，并在此基础之上根据生产需要有选择的进行了带凸台对接和搭接结构的焊接试验，同时后两种的试验零件是根据正式生产零件的结构、尺寸制造的。

为避免同时且大范围地开展众多管径导管实行高频钎焊可能造成的物质和时间上的浪费我们必须明确目标，于是首先将实验对像定位于外经规格为φ6-φ24的导管。

需经现场多次测量现有设备得出准确结果过后重新绘制钨极装夹装置及适合焊接多种结构导管的焊机夹瓣的结构图。

以上硬件设施条件具备后结合实际情况适当变化、调节焊接参数进行实物焊接，并经相关焊后各项检验得出可行性结论后逐步将焊接参数及工作内容纳入相应规格件号的制造工艺。

通过焊接试验，已经实现了导管环焊缝的自动旋弧焊，摸索出管径从Φ6-Φ24等不同管径的导管的自动焊焊接参数。

实践证明，使用自动旋弧焊不仅在外观质量要好于手工氩弧焊，若参数固定一次焊接的合格率可以达到100％(对接焊缝)，而且可在批量生产时大幅提升加工效率。

航空发动机导管采用自动旋弧焊接相比传统的手工氩弧焊接单件加工周期可缩短数倍以上且焊缝无损合格率较高(接近100％)，在焊接设备工作参数稳定的条件下，焊接质量可靠，可连续获得优质焊缝，极大地提高航空发动机导管的焊接质量及制造效率。

附图说明

图1为焊机管件夹具示意图，左边为主视图，右边为左视图。

图2为管件搭接焊缝钨极装夹装置安装示意图，左边为钨极装夹侧面剖视图，右边为钨极装夹正面剖视图。

图3为管件对接焊缝钨极装夹装置安装示意图，左边为钨极装夹侧面剖视图，右边为钨极装夹正面剖视图。

图4为管件夹具在焊机的装夹主视图，

图5为典型管件1结构示意图，

图6为典型管件2结构示意图，

图7为典型管件3结构示意图，

图8为典型管件3的焊缝透视检测图，

图9为典型管件1焊缝外观图。

其中1为上夹瓣，2为下夹瓣，3为夹持管件部位，4轴向螺钉安装孔，5纵向螺栓安装孔，6为焊机上舱盖，7为焊机下舱盖，8搭接焊接钨极装夹装置，9对接焊接钨极装夹装置，10钨极，11管件，81钨极固定座，82钨极固定螺钉,83紧固螺栓。

具体实施方式

一种航空发动机导管焊接方法，按照以下步骤进行：

(1)根据被焊管件直径选取与其相配的管件夹具；

采用的管件夹具如图1所示，由上夹瓣1和下夹瓣2组成，上夹瓣1和下夹瓣2呈上下两半式设计，上夹瓣1和下夹瓣2之间形成夹持所述焊接管件的圆孔3，上夹板1还设有纵向螺栓安装孔4，纵向螺栓安装孔4中拧入螺钉用于横向紧固夹瓣；上夹瓣1和下夹瓣2的边缘设有轴向螺栓安装孔5，轴向螺栓安装孔5中拧入螺栓用于将夹瓣纵向定位于焊机仓盖上，防止空气延缝隙进入焊机仓。管件夹具的尺寸可根据管件尺寸大小进行调节。

(2)将管件夹具的上·下夹瓣分别固定至焊机上·下仓盖如图4所示；

(3)根据焊缝连接类型，安装对接焊接钨极装夹装置或搭接焊接钨极装夹装置如图2、图3所示，装卡钨极时需把钨极轴线与焊接管件的被焊部位轴线形成45°或90°的夹角；

所述搭接焊接钨极装夹装置如图2所示包括钨极固定座81，紧固螺栓83和钨极固定螺钉82，81钨极固定座与上舱盖6通过紧固螺栓81进行连接，钨极固定座81中设有钨极插槽，钨极10以插入的方式与钨极固定座81连接，钨极固定座81外部设有螺钉孔，螺钉孔中拧入钨极固定螺钉82用于固定钨极；通过改变固定座在上舱盖的安装角度，可将钨极与管件形成45～50度的夹角，实现搭接焊接。

所述对接焊接钨极装夹装置如图3所示包括钨极固定座81，钨极固定螺钉82，钨极10是以插入的方式，结合钨极固定螺钉82拧紧固定于焊机上舱盖6的钨极固定座81内的。

(4)关闭焊机舱盖，根据管件主体材料及管径，确定焊接参数，采用自动旋弧焊设备对航空发动机导管进行焊接。

不同管件主体材料及管径，确定焊接参数如实施例所示。

实施例1

某新机导管1，材质为1Cr18Ni9Ti，形状如图5所示，焊接参数如表1所示，

表1

分段	1	2	3	4	5
						峰值电流(A)	35	37	30	24	16
基值电流(A)	12	12	12	10	8
						脉冲频率(Hz)	7	7	7	7	7
峰值百分比(％)	50	50	50	50	50
						焊接转速(m)	9.5	10	10	10	10
分段时间(m)	3	4.5	50	2	1.5

经焊接检验、X光检查和液压试验检查均100％合格。

实施例2

某新机导管2，材质为TA18，形状如图6所示，焊接参数如表2所示，

表2

分段	1	2	3	4	5	6
							峰值电流(A)	78	85	75	60	40	20
基值电流(A)	10	10	10	10	10	10
							脉冲频率(Hz)	4	4	4	4	4	4
峰值百分比(％)	20	20	20	20	20	20
							焊接转速(m)	4.5	5	5	5	5	4.5
分段时间(m)	3	15	13	2	1.5	1.5

经焊接检验、X光检查和液压试验检查均100％合格。

实施例3

某新机导管3，材质为GH1140，形状如图7所示，焊接参数如表3所示，

表3

分段	1	2	3	4	5	6	7
								峰值电流(A)	31	31	30	28	25	23	18
基值电流(A)	13	13	13	13	12	10	8
								脉冲频率(Hz)	8	8	8	8	8	8	8
峰值百分比(％)	60	60	60	60	60	60	60
								焊接转速(m)	8	8	8	8	9	11	12
分段时间(m)	2	3	4	4	3	1.5	1.5

经焊接检验、X光检查和液压试验检查均100％合格。

某机导管3和某机导管1分别为20件和30件，经焊接检验、X光检查和液压试验检查均100％合格(见图8、图9)。

取得成果后已将经试验确定的焊接参数纳入到相应件号的工艺规程中。

通过此攻关试验，我们已经实现了导管环焊缝的自动旋弧焊，摸索出管径从Φ6-Φ24等不同管径的导管对接结构的自动焊焊接参数。

实践证明，使用自动旋弧焊不仅在外观质量要好于手工氩弧焊，若参数固定一次焊接的合格率可以达到100％(对接焊缝)，而且在焊接速度与手工氩弧焊基本相同的情况下，平均焊接电流要小于手工氩弧焊，使得焊接变形相对变小，进一步提高了质量。

通过进一步开发自动旋弧焊机的使用功能，实现了不同管径的发动机导管向自动焊接方式的过渡，以此证明该项加工方法是先进可行的，既提高了管路焊缝质量，又满足了航空发动机管路批量加工要求。

Claims (6)

1.一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于按照以下步骤进行：

(1)根据被焊管件直径选取与其相配的管件夹具；

(2)将管件夹具的上·下夹瓣分别固定至焊机上·下仓盖；

(3)根据焊缝连接类型，安装对接焊接钨极装夹装置或搭接焊接钨极装夹装置，装卡钨极时需把钨极轴线与焊接管件的被焊部位轴线形成45°或90°的夹角；焊接的管件焊缝为搭接形式时，钨极轴线与管件的被焊部位轴线的装夹角度成45°；焊接的管件焊缝为对接形式时，钨极轴线与管件的被焊部位轴线的装夹角度成90°；

(4)关闭焊机舱盖，根据管件主体材料及管径，确定焊接参数，采用自动旋弧焊设备对航空发动机导管进行焊接。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于所述管件夹具由上夹瓣1和下夹瓣2组成，上夹瓣1和下夹瓣2呈上下两半式设计，上夹瓣1和下夹瓣2之间形成夹持所述焊接管件的圆孔3，上夹瓣1还设有纵向螺栓安装孔5，纵向螺栓安装孔5中拧入螺钉用于将夹瓣横向紧固至焊机舱盖上；上夹瓣1和下夹瓣2的边缘设有轴向螺栓安装孔4，在轴向螺栓安装孔4中拧入螺栓用于将夹瓣沿管件夹持孔轴向定位于焊机仓盖上，防止空气延缝隙进入焊机仓，进而起到防止管件焊缝氧化的作用。

3.根据权利要求1所述的一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于所述管件夹具所述管件夹具的尺寸可根据管件尺寸大小进行调节。

4.根据权利要求1所述的一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于所述搭接焊接钨极装夹装置包括钨极固定座81，紧固螺栓83和钨极固定螺钉82，81钨极固定座与上舱盖6通过紧固螺栓81进行连接，钨极固定座81中设有钨极插槽，钨极10以插入的方式与钨极固定座81连接，钨极固定座81外部设有螺钉孔，螺钉孔中拧入钨极固定螺钉82用于固定钨极；通过改变固定座在上舱盖的安装角度，可将钨极与管件形成45～50度的夹角，实现搭接焊接。

5.根据权利要求1所述的一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于所述对接焊接钨极装夹装置包括钨极固定座81，钨极固定螺钉82，钨极10是以插入的方式，结合钨极固定螺钉82拧紧固定于焊机上舱盖6的钨极固定座81内的。

6.根据权利要求1所述的一种航空发动机导管焊接方法，其特征在于所述焊接参数如下:管径/焊接结构：Φ6～Φ24对接/搭接；旋转方式：反转；起弧电流：10～45A，上坡时间：0.5～3S；收弧电流：5～15A，下坡时间：0.5～2S；

焊接过程分段，根据管径规格不同，焊接参数段落一般为4-7段；

峰值及基值电流设置，峰值电流为每段焊接参数起始的焊接电流，范围由30-45(A)；后续依次为：基值电流该段焊接过程中的运行电流，范围由10-20(A)；脉冲频率设定范围值为7.0-8.0(PPs)；峰值百分比设定范围值为50％-70％；焊接转速设定范围值为3.5-7.0(RPM)分段持续时间设定范围值为3.0-12(S)。