唐亞文

（南京電子技術(shù)研究所，南京 210039）

大型高頻箱骨架是某地面雷達(dá)的天線載體，是雷達(dá)系統(tǒng)的重要構(gòu)件之一，雷達(dá)天線陣面的裝配精度依靠該高頻箱骨架的尺寸精度保證。該骨架由合金鋼板焊接而成，為了保證高頻箱骨架結(jié)構(gòu)的剛度和精度，人們對(duì)骨架的焊接、機(jī)加工精度要求很高。因此，在制造過程中，采用何種工藝方法、如何控制變形等是骨架制造的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 骨架概況

高頻箱骨架是該雷達(dá)天線的主要承力構(gòu)件，同時(shí)也是天線電子設(shè)備的安裝載體。該高頻箱骨架由合金鋼板Q345焊接成框架后加工而成。

該骨架外形尺寸為：長11000mm×寬2800mm×高900mm，

由多種規(guī)格的鋼板和槽鋼焊接組成，骨架制造完畢后，最終在其上安裝有門、面板等零部件。骨架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高頻箱骨架

該骨架為箱型結(jié)構(gòu)，由豎筋、橫筋和斜撐焊接而成，焊接接頭為T型和角接形式。焊后進(jìn)行機(jī)加工，加工面需滿足平面度、對(duì)稱度等公差要求。

2 骨架制造難點(diǎn)及解決措施

該骨架外形尺寸大，焊接部位多，且需要滿焊、連續(xù)焊，焊接變形大，在骨架焊接時(shí)需要考慮到焊接的應(yīng)力與變形。該骨架的機(jī)加工面主要分布在面板安裝面、門板安裝面、門框和支耳等位置，這些位置的尺寸公差、形位公差精度較高，應(yīng)合理安排機(jī)加工順序，主要考慮粗、精加工和定位基準(zhǔn)的選擇等要素。

該高頻箱骨架的制造難點(diǎn)主要是焊接變形的控制和機(jī)加工順序的安排。經(jīng)優(yōu)化，骨架的制造工藝路線如圖2所示。

2.1 骨架的焊接

為有效控制骨架焊接收縮變形，減少變形對(duì)骨架后續(xù)機(jī)加工的影響，骨架焊接按照“焊接片桁架→焊接骨架”工藝流程進(jìn)行。

圖2 骨架加工工藝流程

2.1.1 焊接片桁架

為減少焊接變形，片桁架焊接時(shí)需搭建簡易工裝將片桁架夾持。焊接時(shí)，各焊接部位先點(diǎn)焊，復(fù)測(cè)好尺寸后采用對(duì)稱跳步連續(xù)焊，根據(jù)板厚選擇合適的焊接電流。片桁架焊接完成后，需熱處理矯正焊接變形。熱處理時(shí)，用焊接時(shí)使用的簡易工裝將片桁架壓牢，然后隨爐進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。

2.1.2 焊接骨架

該骨架屬大型焊接結(jié)構(gòu)件，材料為Q345，抗拉強(qiáng)度470～630N/mm，具有良好的綜合力學(xué)性能，焊接性和切削性良好。該骨架主要由片桁架和多種規(guī)格的鋼板構(gòu)成。骨架焊接裝配時(shí)，先將片桁架、鋼板組合成整體，用定位夾具夾持固定。由于先焊的部件對(duì)后焊的部件產(chǎn)生約束力，為了相互抵消焊接約束力，采用兩人對(duì)稱施焊方式焊接，且保證焊機(jī)電流等工藝參數(shù)一致。在選擇焊接順序時(shí)，先焊接收縮量比較大的橫縫，再焊接收縮量比較小的縱向焊縫。焊縫焊完后，利用圓頭小錘輕敲焊縫及其鄰近區(qū)域，有效減少焊接殘余應(yīng)力。

2.1.3 焊縫的收縮補(bǔ)償

骨架焊接后除形狀發(fā)生變化外，長度尺寸也縮小，有時(shí)要補(bǔ)償焊后尺寸的減少，為此在零件備料時(shí)要預(yù)先放量。高頻箱骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫數(shù)量多且長，縱梁上長焊縫的縱向收縮是影響骨架尺寸的主要因素。

焊接變形量在不同的結(jié)構(gòu)形式下有不同的焊接變形值。由于本文中的骨架結(jié)構(gòu)形式特殊、精度要求高，特制作了焊接試驗(yàn)件，模擬本文的骨架結(jié)構(gòu)形式。采用相同的工藝流程，測(cè)量試驗(yàn)件焊接前后的尺寸變化。通過試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，其基本上補(bǔ)償了焊縫縱向的收縮量。

2.1.4 骨架的焊后熱處理

焊接殘余應(yīng)力的存在對(duì)骨架的強(qiáng)度、疲勞壽命和結(jié)構(gòu)變形等方面都有很大的影響，影響后續(xù)天線的裝配和正常使用，因此消除骨架構(gòu)件的殘余應(yīng)力非常重要。

為了控制骨架的尺寸精度，保持尺寸的長期穩(wěn)定，對(duì)骨架進(jìn)行去應(yīng)力處理。骨架為桁架結(jié)構(gòu)，焊接應(yīng)力主要集中在接頭、長焊縫部位，焊接變形較大，所以熱處理過程不僅是焊接應(yīng)力釋放的過程，更是熱矯正的過程。退火溫度不宜過高，要求溫度480～500℃階梯式升溫，保溫時(shí)間為3～4h，骨架隨爐冷卻，切忌骨架靠近出風(fēng)口。熱處理工藝曲線如圖5所示。

2.2 骨架的加工

天線骨架在去除應(yīng)力后進(jìn)行機(jī)械加工。該骨架尺寸大，普通機(jī)床的加工臺(tái)面無法滿足骨架的裝夾和加工要求，因此，選用在大型數(shù)控龍門銑床上進(jìn)行加工。

在骨架機(jī)加工之前，鉗工對(duì)各加工面劃線，劃線時(shí)兼顧骨架上下兩加工面，保證各加工面有足夠的加工余量。骨架吊裝至機(jī)床的加工平臺(tái)，以門框四周為粗基準(zhǔn)調(diào)整X、Y水平方向，固定壓板不緊固，對(duì)各加工區(qū)域打表測(cè)量，直至將骨架調(diào)整至合適位置，然后將壓板緊固。

在骨架上焊接有工藝凸臺(tái)，用于骨架加工參考以及翻身后的定位。骨架精加工完成后，需在機(jī)床上檢測(cè)加工數(shù)據(jù)，此時(shí)松開骨架所有裝夾，使骨架處于自由狀態(tài)。在滿足圖紙和工藝要求的情況下，骨架方能從機(jī)床撤離。

3 結(jié)語

本文針對(duì)該雷達(dá)骨架焊接變形大、加工精度要求高的特點(diǎn)，合理制作焊接試驗(yàn)件、優(yōu)化工藝流程，滿足了天線骨架的精度要求。縱觀高頻箱骨架制造過程，人們需注意以下幾點(diǎn)：合理安排工藝流程，提高拼裝焊接后的尺寸精度，有利于控制焊接變形；天線骨架的收縮變形不但與焊接工藝有關(guān)，而且與焊接結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。