CN105665892A - 排气机匣组件氩弧焊接方法 - Google Patents

排气机匣组件氩弧焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种排气机匣组件氩弧焊接方法，包括以下步骤：将排气支承的待焊处进行机加工设置缓冲过渡段，使排气支承的待焊处壁厚：排气段外环的待焊处壁厚＝0.9～1.1：0.9～1.1。将排气支承和排气段外环装夹好后，采用钨极氩弧焊方法进行定位焊。在钨极直径3.2毫米、焊接电流80～95A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30～50L/min、焊接背面氩气流量20～40L/min的条件下，对排气支承和排气段外环的待焊处进行连续焊接。上述排气机匣组件氩弧焊接方法，通过对焊接接头形式的改进及优化连续焊接条件，既能保证焊缝成形良好，又能避免出现焊接裂纹，解决了零件合格率低的问题。

Description

排气机匣组件氩弧焊接方法
技术领域
本发明涉及排气机匣组件焊接领域，特别地，涉及一种排气机匣组件氩弧焊接方法。
背景技术
高温合金焊接时对焊接质量影响最大的冶金缺陷是焊接热裂纹。高温合金具有不同程度的焊接热裂纹敏感性，尤其是镍基铸造高温合金由于其化学成分复杂因而具有更高的裂纹敏感性，其化学成分、组织结构、冶金质量和焊件的拘束度、热处理状态、焊接工艺参数等对焊接热裂纹的形成有较大影响。
参照图1，某型号航空发动机的排气机匣组件是由排气支承10和排气段外环20通过钨极氩弧焊焊接组合而成。其中排气支承10为K4169铸造高温合金材料精铸机匣，排气段外环20是GH4169高温合金板材冲压而成，现有的组件焊后进行X射线检验和荧光检验时，在焊接热影响区常常发现焊接裂纹，需反复补焊，零件合格率低。
发明内容
本发明提供了一种排气机匣组件氩弧焊接方法，以解决现有的焊接方法经常出现焊接裂纹，零件合格率低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种排气机匣组件氩弧焊接方法，包括以下步骤：
将排气支承的待焊处进行机加工设置缓冲过渡段，使排气支承的待焊处壁厚：排气段外环的待焊处壁厚＝(0.9～1.1)：(0.9～1.1)。
将排气支承和排气段外环装夹好后，采用钨极氩弧焊方法进行定位焊。
在钨极直径3.2毫米、焊接电流80～95A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30～50L/min、焊接背面氩气流量20～40L/min的条件下，对排气支承和排气段外环的待焊处进行连续焊接。
进一步地，在钨极直径3.2毫米、焊接电流85A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30L/min、焊接背面氩气流量20L/min的条件下进行连续焊接。
进一步地，不添加焊丝采用手工钨极氩弧焊方法进行定位焊，对称定位焊30～40点，定位焊点尺寸φ2mm，定位焊的条件为：焊接电流30A～40A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量6～8L/min。
进一步地，定位焊的条件为：焊接电流35A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量7L/min。
进一步地，排气支承的待焊处壁厚和排气段外环的待焊处壁厚相等。
进一步地，将排气支承和排气段外环放置在焊接转台上，采用自动钨极氩弧焊方法进行连续焊接，并调整焊接转台，使得排气支承和排气段外环的待焊处平面与焊枪垂直，且焊枪钨针对正焊缝。
连续焊接的速度为25cm·min-1，送丝速度为40cm·min-1。
进一步地，缓冲过渡段的外边与排气支承的焊接端面的夹角为60°，缓冲过渡段的内边与排气支承的焊接端面的夹角为70°，外边的长度为1±0.2毫米。
进一步地，调整焊接转台由水平位置转至与水平面呈96°的位置，使排气支承和排气段外环的待焊处平面与焊枪垂直。
进一步地，在进行定位焊之前还包括清除排气支承和排气段外环的待焊处的氧化皮，并采用丙酮或无水乙醇进行擦拭。
进一步地，在连续焊接之后还包括对排气机匣组件进行热处理，热处理的条件为：在570℃±10℃、保温2h～3h、通氩气风冷却至≤100℃出炉。
本发明具有以下有益效果：上述排气机匣组件氩弧焊接方法，通过对焊接接头形式的改进，在排气支承上加工出缓冲过渡段，使排气支承和排气段外环在焊接处的壁厚相近，避免了应力集中，同时也使接头两侧受热更均匀，可防止产生未焊透缺陷。此外，也减少了排气支承侧的母材金属熔入焊缝中的比例，因此也降低了焊缝金属的裂纹敏感性。并且通过优化连续焊接条件，既能保证焊缝成形良好，又能避免出现焊接裂纹。上述排气机匣组件氩弧焊接方法，焊接质量好，可有效解决焊接裂纹，零件合格率低的问题。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有的排气机匣组件的焊接接头的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的排气机匣组件的焊接接头的结构示意图；
图3是图2的I处局部放大图；
图4是本发明优选实施例的排气机匣组件的待焊处的结构示意图；
图5是图4的M处局部放大图；
图6是本发明优选实施例排气机匣组件的轴线处于水平位置时焊缝熔宽的金相低倍照片；
图7是本发明优选实施例排气机匣组件的轴线处于水平后向下旋转6°位置时焊缝熔宽的金相低倍照片。
附图标记说明：100、排气支承；200、排气段外环；110、缓冲过渡段。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图2和3，本发明的优选实施例提供了一种排气机匣组件氩弧焊接方法，包括以下步骤：
将排气支承100的待焊处进行机加工设置缓冲过渡段110，使排气支承100的待焊处壁厚：排气段外环200的待焊处壁厚＝(0.9～1.1)：(0.9～1.1)。
将排气支承100和排气段外环200装夹好后，采用钨极氩弧焊方法进行定位焊。
在钨极直径3.2毫米、焊接电流80～95A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30～50L/min、焊接背面氩气流量20～40L/min的条件下，对排气支承100和排气段外环200的待焊处进行连续焊接。
现有的排气机匣组件待焊处的壁厚分别为2mm和0.8mm，两者相差2.5倍。组件焊后进行X射线检验和荧光检验时，在焊接热影响区常常发现焊接裂纹，需反复补焊，零件合格率低。通过对焊接接头形式的改进，在排气支承100上加工出缓冲过渡段110，缓冲过渡段110的排气支承100和排气段外环200在待焊处的壁厚基本一致，避免了应力集中，使焊接应力均匀分布，降低了焊接热裂纹敏感性；同时也使接头两侧受热更均匀，可防止产生未焊透缺陷。此外，也减少了排气支承100材料K4169在焊缝中的比例，即降低了碳、硼等杂质元素在焊缝中的含量，因此也降低了焊缝金属的裂纹敏感性。并且相比直流焊接，脉冲焊接有利于减小焊接热输入，提高焊缝成型质量。通过调整脉冲频率和脉冲宽度，有效控制了焊接热输入量，降低焊缝金属裂纹热敏感性。
将排气机匣组件装入氩弧焊焊接夹具，可采用手工钨极氩弧焊方法进行定位焊。在定位焊完成后，对整个焊接接头进行连续焊接。焊接线能量对高温合金的焊接热裂纹敏感性有明显的影响，其热裂纹敏感性随焊接线能量的增大而增大。降低焊接线能量可有效降低焊接热裂纹敏感性。通过工艺研究发现，将焊接电流从100A降低至85A时，既能保证焊缝成形良好，又能避免出现焊接裂纹。焊接线能量的计算公式为Q＝UI/V，焊接工艺参数经过优化后，经计算，其焊接线能量从39.9J/cm降低至32.3J/cm，较原来降低了19％，可大幅度降低对高温合金的焊接热裂纹敏感性的影响。
本发明具有以下有益效果：上述排气机匣组件氩弧焊接方法，通过对焊接接头形式的改进，在排气支承100上加工出缓冲过渡段110，使排气支承100和排气段外环200在焊接处的壁厚相近，避免了应力集中，同时也使接头两侧受热更均匀，可防止产生未焊透缺陷。此外，也减少了排气支承100侧的母材金属熔入焊缝中的比例，因此也降低了焊缝金属的裂纹敏感性。并且通过优化连续焊接条件，既能保证焊缝成形良好，又能避免出现焊接裂纹。上述排气机匣组件氩弧焊接方法，焊接质量好，可有效解决焊接裂纹，零件合格率低的问题。
可选地，在钨极直径3.2毫米、焊接电流85A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30L/min、焊接背面氩气流量30L/min的条件下进行连续焊接。
在该条件下进行连续焊接，既能保证焊缝成形良好，又能避免出现焊接裂纹，并且可更好降低对高温合金的焊接热裂纹敏感性的影响。
可选地，不添加焊丝采用手工钨极氩弧焊方法进行定位焊，对称定位焊30～40点，定位焊点尺寸φ2mm，定位焊的条件为：焊接电流30A～40A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量6～8L/min。在该条件下定位焊，焊接效果好。
可选地，定位焊的条件为：焊接电流35A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量7L/min。
可选地，排气支承100的待焊处壁厚和排气段外环200的待焊处壁厚相等。
可选地，将排气支承100和排气段外环200放置在焊接转台上，采用自动钨极氩弧焊方法进行连续焊接，并调整焊接转台，使得排气支承100和排气段外环200的待焊处平面与焊枪垂直，且焊枪钨针对正焊缝。连续焊接的速度为25cm·min-1，送丝速度为40cm·min-1。
由于排气段外环200为环形结构，形状规则，因此可将排气支承100和排气段外环200放置在焊接转台上，采用自动钨极氩弧焊方法进行连续焊接。保持排气支承100和排气段外环200的待焊处平面与焊枪垂直，且焊枪钨针对正焊缝，可使接头两侧的焊接热输入相对均匀，焊接熔池基本对称，有利于降低焊接应力，减小焊接裂纹敏感性，同时防止未焊透缺陷。图6和7，是两种位置焊接时的焊接接头金相低倍形貌对比。以连续焊接的速度为25cm·min-1，送丝速度为40cm·min-1的速度进行自动钨极氩弧焊，即可保证焊接质量，又可保证焊接生产效率。
可选地，缓冲过渡段110的外边与排气支承100的焊接端面的夹角为60°，缓冲过渡段110的内边与排气支承100的焊接端面的夹角为70°，外边的长度为1±0.2毫米。选用70°，因为零件结构限制，角度更大容易伤及零件基体，同时采用70°使焊缝内部平缓，减小零件的应力集中。
可选地，调整焊接转台由水平位置转至与水平面呈96°的位置，使排气支承100和排气段外环200的待焊处平面与焊枪垂直。在进行定位焊时，通常调整焊接转台为水平放置。由于排气支承100和排气段外环200的待焊处本身具有一定的角度，该角度为5.57°±30′，因此可将调整焊接转台旋转96°，使调整焊接转台的台面与水平面呈96°的位置，从而保证排气支承100和排气段外环200的待焊处平面与焊枪垂直。
可选地，在进行定位焊之前还包括清除排气支承100和排气段外环200的待焊处的氧化皮，并采用丙酮或无水乙醇进行擦拭。
在进行焊接前需进行焊前清理，可先用机械打磨排气支承100待焊处10mm～15mm范围内使其见金属光泽，以清除干净氧化皮等。再用干净的白绸布沾上分析纯丙酮擦拭排气支承100和排气段外环200的待焊处表面，以去除油污等污物，以保证焊接效果。
可选地，在连续焊接之后还包括对排气机匣组件进行热处理，热处理的条件为：在570℃±10℃、保温2h～3h、通氩气风冷却至≤100℃出炉。
排气机匣组件放入真空炉进行消除应力热处理，工艺参数：570℃±10℃，保温2h～3h,通氩气开风扇冷却至≤100℃出炉。在该条件下，可有效消除应力。
实施例1
1、接头准备
对排气支承100的待焊处进行机加工，使排气支承100的待焊处壁厚：排气段外环200的待焊处壁厚＝0.9：1.1。
2、焊前清理
先用机械打磨排气支承100待焊处10mm～15mm范围内见金属光泽，以清除干净氧化皮等。再用干净的白绸布沾上分析纯丙酮擦拭排气支承100和排气段外环200的待焊处表面，以去除油污等污物。
3、装配组合
将排气机匣组件装入氩弧焊焊接夹具，然后将装配好的零件固定在自动钨极氩弧焊机的焊接转台上。
4、定位焊
采用手工钨极氩弧焊方法，对称定位焊30点，定位焊点尺寸φ2mm；定位焊焊接工艺参数：焊接电流30A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量6L/min。不添加焊丝
5、焊接位置调整及工艺参数设定
先调整焊接转台96°使排气机匣组件待焊处表面与焊枪垂直，参见图4～5，并将焊枪钨针对正焊缝。然后在焊机中设定如表1所示的焊接工艺参数见附表1。
6、零件焊接
焊机接通氩气，并进行零件焊接。自动钨极氩弧焊工艺参数见附表1。
7、X射线检验
待排气机匣组件冷至室温后，从焊接夹具上取下排气机匣组件，进行X射线检验。
8、焊后热处理
排气机匣组件放入真空炉进行消除应力热处理，工艺参数：560℃，保温2h，通氩气开风扇冷却至≤100℃出炉。
9、荧光检验
对排气机匣组件的焊缝进行荧光检验。
实施例2
1、接头准备
对排气支承100的待焊处进行机加工，使排气支承100的待焊处壁厚：排气段外环200的待焊处壁厚＝1：1。
2、焊前清理
先用机械打磨排气支承100待焊处10mm～15mm范围内见金属光泽，以清除干净氧化皮等。再用干净的白绸布沾上分析纯丙酮擦拭排气支承100和排气段外环200的待焊处表面，以去除油污等污物。
3、装配组合
将排气机匣组件装入氩弧焊焊接夹具，然后将装配好的零件固定在自动钨极氩弧焊机的焊接转台上。
4、定位焊
采用手工钨极氩弧焊方法，对称定位焊35点，定位焊点尺寸φ2mm；定位焊焊接工艺参数：焊接电流35A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量7L/min。不添加焊丝
5、焊接位置调整及工艺参数设定
先调整焊接转台96°使排气机匣组件待焊处表面与焊枪垂直，参见图4～5，并将焊枪对正焊缝。然后在焊机中设定如表1所示的焊接工艺参数见附表2。
6、零件焊接
焊机接通氩气，并进行零件焊接。自动钨极氩弧焊工艺参数见附表2。
7、X射线检验
待排气机匣组件冷至室温后，从焊接夹具上取下排气机匣组件，进行X射线检验。
8、焊后热处理
排气机匣组件放入真空炉进行消除应力热处理，工艺参数：570℃，保温2.5h,通氩气开风扇冷却至≤100℃出炉。
9、荧光检验
对排气机匣组件的焊缝进行荧光检验。
该实施例批次的排气机匣组件的合格率为80％。
实施例3
1、接头准备
对排气支承100的待焊处进行机加工，使排气支承100的待焊处壁厚：排气段外环200的待焊处壁厚＝1.1：0.9。
2、焊前清理
先用机械打磨排气支承100待焊处10mm～15mm范围内见金属光泽，以清除干净氧化皮等。再用干净的白绸布沾上分析纯丙酮擦拭排气支承100和排气段外环200的待焊处表面，以去除油污等污物。
3、装配组合
将排气机匣组件装入氩弧焊焊接夹具，然后将装配好的零件固定在自动钨极氩弧焊机的焊接转台上。
4、定位焊
采用手工钨极氩弧焊方法，对称定位焊40点，定位焊点尺寸φ2mm；定位焊焊接工艺参数：焊接电流40A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量7L/min。不添加焊丝
5、焊接位置调整及工艺参数设定
先调整焊接转台96°使排气机匣组件待焊处表面与焊枪垂直，参见图4～5，并将焊枪对正焊缝。然后在焊机中设定如表1所示的焊接工艺参数见附表2。
6、零件焊接
焊机接通氩气，并进行零件焊接。自动钨极氩弧焊工艺参数见附表2。
7、X射线检验
待排气机匣组件冷至室温后，从焊接夹具上取下排气机匣组件，进行X射线检验。
8、焊后热处理
排气机匣组件放入真空炉进行消除应力热处理，工艺参数：570℃，保温2.5h,通氩气开风扇冷却至≤100℃出炉。
9、荧光检验
对排气机匣组件的焊缝进行荧光检验。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将排气支承(100)的待焊处进行机加工设置缓冲过渡段(110)，使所述排气支承(100)的待焊处壁厚：排气段外环(200)的待焊处壁厚＝(0.9～1.1)：(0.9～1.1)；
将所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)装夹好后，采用钨极氩弧焊方法进行定位焊；
在钨极直径3.2毫米、焊接电流80～95A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30～50L/min、焊接背面氩气流量20～40L/min的条件下，对所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)的待焊处进行连续焊接。
2.根据权利要求1所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，在钨极直径3.2毫米、焊接电流85A、脉冲频率3.5Hz、脉冲宽度27％、焊接正面氩气流量30L/min、焊接背面氩气流量20L/min的条件下进行所述连续焊接。
3.根据权利要求1所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，不添加焊丝采用手工钨极氩弧焊方法进行定位焊，对称定位焊30～40点，定位焊点尺寸φ2mm，所述定位焊的条件为：焊接电流30A～40A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量6～8L/min。
4.根据权利要求3所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，所述定位焊的条件为：焊接电流35A，钨极直径2.0mm，喷嘴直径9mm，氩气流量7L/min。
5.根据权利要求1所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，所述排气支承(100)的待焊处壁厚和所述排气段外环(200)的待焊处壁厚相等。
6.根据权利要求1所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，将所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)放置在焊接转台上，采用自动钨极氩弧焊方法进行连续焊接，并调整所述焊接转台，使得所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)的待焊处平面与焊枪垂直，且焊枪钨针对正焊缝；
所述连续焊接的速度为25cm·min-1，送丝速度为40cm·min-1。
7.根据权利要求6所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，所述缓冲过渡段(110)的外边与所述排气支承(100)的焊接端面的夹角为60°，所述缓冲过渡段(110)的内边与所述排气支承(100)的焊接端面的夹角为70°，所述外边的长度为1±0.2毫米。
8.根据权利要求6所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，调整所述焊接转台由水平位置转至与水平面呈96°的位置，使所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)的待焊处平面与焊枪垂直。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，在进行所述定位焊之前还包括清除所述排气支承(100)和所述排气段外环(200)的待焊处的氧化皮，并采用丙酮或无水乙醇进行擦拭。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的排气机匣组件氩弧焊接方法，其特征在于，在连续焊接之后还包括对排气机匣组件进行热处理，所述热处理的条件为：在570℃±10℃、保温2h～3h、通氩气风冷却至≤100℃出炉。
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