王寶寶 袁東 杜建國 張麗 胡華

摘? 要：某連接梁—側(cè)板組件為細長盒型腔體結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方法存在諸多問題，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性無法保證。該文以連接梁-側(cè)板組件實現(xiàn)自動焊為宗旨，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求及難點分析，借助自動焊可行性及變形控制、主要承力部位一次焊接成型等工藝方法實施，最終實現(xiàn)連接梁—側(cè)板組件自動焊，以適應(yīng)部件批量化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：細長盒型;自動焊;產(chǎn)品質(zhì)量;生產(chǎn)效率

中圖分類號：TG456? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

連接梁—側(cè)板組件為細長盒型腔體類結(jié)構(gòu)件，目前廣泛應(yīng)用在多個航天地面型號產(chǎn)品當中，主要用于承載起豎過程中大載荷沖擊，具有抗彎形高、強度高、可靠性高、超重載及輕質(zhì)等性能優(yōu)點。

傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝方法采用人工焊接，生產(chǎn)過程中存在焊接工作量大、主要承力部位對接接頭焊接質(zhì)量可靠性低等問題，無法滿足高度密集的型號生產(chǎn)任務(wù)。為適應(yīng)產(chǎn)品批量化形勢需求，通過更改生產(chǎn)工藝方法，將傳統(tǒng)人工焊改為自動焊，以提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，提升生產(chǎn)效率。

1 結(jié)構(gòu)特點、焊縫質(zhì)量要求及主要技術(shù)難點

1.1 結(jié)構(gòu)特點分析

連接梁—側(cè)板組件為盒型焊接結(jié)構(gòu)件（如圖1所示），其材料均選用HG785D低合金高強度焊接結(jié)構(gòu)用鋼板，厚度為60 mm、4 mm、8 mm，主要由連接梁（如圖2所示）、側(cè)板、內(nèi)側(cè)封板組成，焊縫數(shù)量多且長短不一、焊接接頭坡口形式不一致。

主要結(jié)構(gòu)特點分析如下：

（1）連接梁與側(cè)板焊接接頭為不規(guī)則異型焊縫，焊縫結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

A向視圖中50 mm直線段經(jīng)過內(nèi)徑R18圓弧過渡至50°斜線段，過渡圓弧R10，焊縫起點、終點及R10過渡圓弧極易引起焊接缺陷。

（2）內(nèi)側(cè)封板為典型的長板類零件，且板厚較?。é?4）。該零件長寬比較大，內(nèi)側(cè)封板與側(cè)板對接處焊縫呈現(xiàn)出截面窄、長度長的特點，焊接過程中存在變形大、外觀成形質(zhì)量較差的問題。

1.2 焊縫質(zhì)量要求

連接梁—側(cè)板組件共有3條焊縫，各零件對接接頭處焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性要求高（見表1）。

1.3 技術(shù)難點分析

根據(jù)自動焊焊接原理，結(jié)合產(chǎn)品實際生產(chǎn)情況，連接梁—側(cè)板組件實現(xiàn)自動焊主要技術(shù)難點為如何有效控制焊接應(yīng)力變形，以確保焊機焊槍法完成自動校位取點功能實現(xiàn)部件自動焊。

2 主要研究內(nèi)容

針對連接梁—側(cè)板組件實現(xiàn)自動焊主要技術(shù)難點，分別從自動焊可行性及變形控制、主要承力部位一次焊接成型等技術(shù)方法進行實施。主要實施內(nèi)容如下。

2.1 自動焊可行性及變形控制技術(shù)研究

根據(jù)自動焊工作原理，結(jié)合連接梁—側(cè)板組件結(jié)構(gòu)形式，確定出內(nèi)側(cè)封板焊接變形為制約影響實現(xiàn)自動焊主要因素。

經(jīng)實物測量：連接梁—側(cè)板組件焊后縱向翹曲變形為492 mm;橫向扭曲變形為1.2 mm，該變形導致焊槍無法完成自動校點取位，自動焊無法實現(xiàn)。

為實現(xiàn)部件自動化焊接，采用以下工藝流程：

（1）連接梁機加成形，兩端通孔單邊預(yù)留10 mm機加余量，最終根據(jù)焊后成型尺寸完成通孔尺寸加工，保證孔距精度要求。

（2）為了有效地避免連接梁與側(cè)板對接焊接部位起弧、落弧時出現(xiàn)焊接應(yīng)力集中等缺陷，施焊過程中在起弧、落弧兩端焊接引弧板，采用“打底”“蓋面”2次進行。

（3）內(nèi)側(cè)封板實現(xiàn)自動化焊接。內(nèi)側(cè)封板為典型的長板類零件，且板厚較薄，為確保該部件實現(xiàn)自動化焊接，將內(nèi)側(cè)封板和側(cè)板借助專用裝夾定位工裝以“背靠背”的方式進行剛性裝夾定位（如圖4所示），按照焊縫軌跡進行取點校位并根據(jù)校位結(jié)果完成焊縫裝點工作。

為保證連接梁-側(cè)板組件焊后成形尺寸要求，防止內(nèi)側(cè)封板因焊后收縮而導致成形尺寸不滿足設(shè)計指標，連接梁與側(cè)板焊接前預(yù)留了2 mm焊接間隙;同時，采用了先焊連接梁與側(cè)板對接部位處連續(xù)焊縫，再對內(nèi)側(cè)封板采用對稱施焊焊接斷續(xù)焊縫的焊接順序。

考慮到該種材質(zhì)焊接過程中，須經(jīng)歷一個復雜的不均勻快速加熱和冷卻過程，勢必引起加工部位發(fā)生不均衡的應(yīng)力應(yīng)變，這種不均衡的應(yīng)力應(yīng)變是工件焊后殘余應(yīng)力存在和工件產(chǎn)生變形的主要原因;而常用解決焊接應(yīng)力的方法有整體高溫回火法、振動時效及自然時效等，結(jié)合材料自身力學性能指標及部件批生產(chǎn)周期，部件焊后采用振動時效方法解決焊接殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象（如圖5所示），通過測試效果明顯（如圖6所示）。

2.2 主要承力部位一次焊接成型試驗

鑒于連接梁與側(cè)板對接接頭為主要承力部位，為確保該部位焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，開展連接梁與側(cè)板對接接頭一次成型自動焊焊接試驗。

焊接試驗按照接頭坡口結(jié)構(gòu)投入5組對接試料進行試板焊接試驗，見表2。

在采用自動焊焊接過程中，通過借鑒人工焊焊接參數(shù)，選取5組不同自動焊焊接參數(shù)值按照QJ176A—1999《地面設(shè)備熔焊通用技術(shù)條件》中Ⅰ級標準進行自動化焊接，并初步確定出可以實現(xiàn)焊縫焊接成型的焊接參數(shù)組，具體自動焊焊接參數(shù)表見表3。

按照JB/T 4730.2—2005《承壓設(shè)備無損檢測》中Ⅰ級標準進行X光射線探傷檢測，確定出滿足焊縫質(zhì)量要求的自動焊焊接參數(shù)表，見表4。

經(jīng)探傷合格的每組焊接試板上不同區(qū)域分別截取3個拉伸試件、3個沖擊試件作為該組試件用于評價該條焊縫是否滿足力學性能指標。通過拉伸性能對比試驗及沖擊性能對比試驗（見表5），確定出連接梁與側(cè)板對接接頭部位處焊縫實現(xiàn)一次焊接成型的自動焊焊接參數(shù)。

通過表5中的焊縫力學性能對比試驗，確定出連接梁與側(cè)板對接接頭部位處滿足性能指標的自動焊焊接參數(shù)：氬—二氧化碳混合氣體：80%Ar+20%CO2，焊絲：SLD-80，直徑：φ1.2，焊接電流：I=190 A～230 A，電弧電壓：V=24 V～26 V，焊接速度：180 mm/min～220 mm/min，氣體流量15 L/min～20 L/min，無擺幅，焊接間隙：2 mm～3 mm。

結(jié)合連接梁—側(cè)板組件生產(chǎn)實際，對連接梁-側(cè)板組件的工序內(nèi)容進行細化梳理，最終形成連接梁-側(cè)板組件較完整的生產(chǎn)工序流程，其生產(chǎn)工序流程圖如圖7所示。

3 應(yīng)用成效

連接梁與側(cè)板組件采用自動焊焊接，現(xiàn)已推廣應(yīng)用于產(chǎn)品實際批量生產(chǎn)，有效提高了型號產(chǎn)品批生產(chǎn)能力。

對板厚不同、焊接坡口多樣化的HG785D焊接板材自動焊焊接參數(shù)的選取積累了豐富的經(jīng)驗，提高工藝可靠性和型號生產(chǎn)工藝保障能力，提供了技術(shù)儲備。

4 結(jié)語

連接梁—側(cè)板組件作為細長盒型腔體結(jié)構(gòu)件，通過專用焊接裝夾定位工裝及主要承力部位一次焊接成型試驗，成功實現(xiàn)了自動焊;并借助振動時效的方式，有效解決了焊接殘余應(yīng)力集中的現(xiàn)象，控制了焊接殘余應(yīng)力對尺寸穩(wěn)定性的影響，焊縫質(zhì)量穩(wěn)定性得到有效提升，提高了生產(chǎn)效率，現(xiàn)已成功應(yīng)用于型號產(chǎn)品批生產(chǎn)階段。

參考文獻

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