柯文敏，盧 銳，金坤梓，程 琦，羅 超，湯俊禮，袁培文

(中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412000)

1 焊接表面損傷原因

某機(jī)型支架A和B作為某型發(fā)動(dòng)機(jī)不可或缺的一個(gè)小部件，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)系列最為典型的凸焊工藝零件，凸焊的有專門的凸焊設(shè)備實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以用點(diǎn)焊設(shè)備代替，這個(gè)零件長(zhǎng)期以來由于焊接表面擊傷和鉆孔螺紋缺陷經(jīng)常報(bào)廢，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和交付周期，經(jīng)濟(jì)損失較大。經(jīng)查A以往批次：16-1批，77件，36件由于表面沙眼螺紋斷扣而報(bào)廢；16-3批，99件，3件不合格；17-1批，137件，61件由于凸焊后攻絲后零件內(nèi)部存在缺陷，螺紋不能使用而報(bào)廢；B以往批次，17-1批，加工21件，14件報(bào)廢，17-2批，加工23件，6件報(bào)廢；零件報(bào)廢率很高合格率難以控制。同時(shí)表面出現(xiàn)明顯的擊傷痕跡，外觀質(zhì)量得不到保質(zhì)，質(zhì)量十分不穩(wěn)定，為了解決焊接表面擊傷和內(nèi)部螺紋斷扣缺陷問題，摸索新的焊接工藝參數(shù)，確保零件的質(zhì)量，進(jìn)行了凸焊工藝攻關(guān)工作。

2 工藝分析

圖1 兩單件組合圖

根據(jù)現(xiàn)有支架A/B的工藝，工藝路線為：0配套—10點(diǎn)焊—20淬火—30鉗工—40檢驗(yàn)，在10工序點(diǎn)焊設(shè)備焊接過程中，產(chǎn)生表面擊傷和內(nèi)部螺紋缺陷缺陷原因：一是兩單件組合及其裝配到夾具圖中（見圖1和圖2），裝配局部是有間隙的，瞬間電流過大，夾具導(dǎo)電，產(chǎn)生電弧致使零件表面擊傷痕跡或形成沙眼；內(nèi)部螺紋斷扣是因?yàn)楹附舆^程中形焊接夾具（圖2a）放電導(dǎo)致電流分流，內(nèi)部熔化不是在兩單件的接觸界面形成，而是在零件擊傷的界面附近形成金屬熔化區(qū)，冷卻后導(dǎo)致?lián)魝恢脙?nèi)部形成凝固縮孔；針對(duì)以上原因，工藝改進(jìn)思路是調(diào)整焊接參數(shù)、改進(jìn)焊接夾具、調(diào)整工藝控制過程。

圖2 (a)焊接夾具圖；(b)兩單件組合裝配到夾具圖

3 工藝改進(jìn)及結(jié)果分析

針對(duì)以上工藝分析，首先在焊接過程中要使尺寸能定位準(zhǔn)確，單件1與焊接夾具裝配的間隙不宜過大，而在不大的裝配間隙中，凸焊過程中在保證接觸面的凸點(diǎn)縱向間隙完全去除的情況下，材料沿周向的熱脹變形量會(huì)大于單件1與夾具的裝配間隙，所以在熱脹的過程中零件受熱變軟的材料就會(huì)容易與夾具剛性面接觸，接觸就會(huì)形成放電使零件擊傷或熱變形接觸痕跡，同時(shí)由于分流在接觸區(qū)域附近內(nèi)部界面形成熔化區(qū)域，熔化區(qū)域由于沒有正常的界面壓力保證在熔核冷卻凝固過程中去除縮孔，相當(dāng)自由收縮，所以容易形成內(nèi)部的缺陷導(dǎo)致螺紋斷扣的發(fā)生，為了解決這兩個(gè)工藝難題分別做了幾個(gè)工藝方案來改進(jìn)工藝。

方案一：定位零件1的時(shí)候外面使用絕緣的膠木作為定位圓，原來工藝路線不變。

方案二：調(diào)整工藝路線0配套—5點(diǎn)焊定位—10點(diǎn)焊—15鉗工—20淬火—30鉗工—40檢驗(yàn)和調(diào)整焊接參數(shù)，焊接的過程先采用焊接夾具增加一道小電流焊接定位工序，此時(shí)電流電流值不足以產(chǎn)生電弧和放電鍛粗變形接觸表面擊傷，然后取下焊接夾具再用大電流焊接，焊接過程控制細(xì)節(jié)更改為：5點(diǎn)位定位—在焊接夾具上接觸焊定位，零件焊后不脫落即可，不要求檢查熔核；10點(diǎn)焊—外通水冷，不允許使用焊接夾具焊接，焊接時(shí)調(diào)整零件在電極中心并擺正，先不通電，調(diào)整上下電極先壓緊零件，然后通電踩腳踏開關(guān)進(jìn)行焊接。每批兩件做金相試驗(yàn)，剖切面兩側(cè)從外到內(nèi)2.5mm圓環(huán)范圍內(nèi)有熔合即可。

要想達(dá)到焊接單件1上不出現(xiàn)焊接的接觸痕跡，必須正式焊接能量熔化接觸凸點(diǎn)形成熔核的時(shí)候不能使用焊接夾具，那么就必須要有一個(gè)很好的定位的工序，定位工序必須用到焊接夾具保證尺寸，定位首先常規(guī)的想法是用氬弧焊的方法定位，氬弧焊定位不能使用該套夾具，用手工畫線的方法，定位到沿周均布置3到4點(diǎn)，首先在氬弧焊定位處是存在很大間隙，定位過程中對(duì)圓柱零件加熱會(huì)產(chǎn)生較大的變形，但是在定位后經(jīng)過點(diǎn)焊焊接過程中，焊接時(shí)候氬弧焊焊點(diǎn)增加了凸焊接觸焊點(diǎn)的面積，焊接過程氬弧焊點(diǎn)局部分流，導(dǎo)致局部熱量過大，局部形成壓潰變形，不能保證零件完整性，焊接出來的零件變形嚴(yán)重，同時(shí)定位后凸點(diǎn)后面的間隙不能隨著焊接熔化而及時(shí)適應(yīng)去除，導(dǎo)致焊接過程中界面熔化的金屬?gòu)拈g隙中擠出，如圖3所示。

表1 定位焊接參數(shù)

表2 10工序點(diǎn)焊第二次焊接參數(shù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)對(duì)比

圖3 氬弧焊定位的后點(diǎn)焊零件狀態(tài)

從上可以得出氬弧焊定位不可取，只能從電阻焊這種方法本身去想辦法，就是把雙脈沖焊接的電流單獨(dú)分開成兩道工序，焊接夾具定位的時(shí)候采用小電流焊接，能量不足以產(chǎn)生缺陷為準(zhǔn)，定位的時(shí)候零件只要稍微的粘上即可，同時(shí)在焊接的過程中要使圓柱單件不出現(xiàn)變形而且接觸端面的間隙剛好去除；針對(duì)如此方案目標(biāo)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下。

采用交流點(diǎn)焊設(shè)備DN2-200，電極采用直徑Φ16的平面電極，下電極預(yù)制小孔，運(yùn)用普通的點(diǎn)焊機(jī)做凸焊試驗(yàn)，采用10級(jí)功率，調(diào)整最佳焊接參數(shù)，對(duì)于點(diǎn)焊定位的電流保證兩個(gè)單件焊接時(shí)候不出現(xiàn)不歪斜的情況下間隙均勻，單件1不出現(xiàn)焊接擊傷和接觸的痕跡，定位參數(shù)裕度很大，在合適范圍內(nèi)都可以，參數(shù)調(diào)整后最佳匹配正式焊接參數(shù)的定位參數(shù)如表1所示；關(guān)鍵是正式參數(shù)的調(diào)節(jié)較有難度，必須保證凸焊后金屬熔化潰降速度均勻，首先控制過程不能是電極直接沖擊下來焊接，直接沖擊零件會(huì)出現(xiàn)歪斜，采用點(diǎn)焊機(jī)上的輔助行程先預(yù)壓緊零件，焊接的零件保持在電極的中間，然后通電焊接，焊接熔化至冷卻過程中始終手動(dòng)扶正零件保證零件水平，同時(shí)必須有合適的加熱參數(shù)和合適的焊接壓力。

經(jīng)過電流和壓力的調(diào)節(jié)，從表2中看出第7組焊接參數(shù)為合適的最佳參數(shù)，焊接外觀可以看出經(jīng)過方案二改進(jìn)后零件的表面狀態(tài)光亮無(wú)燒損和擊傷痕跡，接觸面的間隙均勻。

4 生產(chǎn)驗(yàn)證應(yīng)用效果

采用雙電流分工序焊接工藝方案二的改進(jìn)進(jìn)行了生產(chǎn)驗(yàn)證，改進(jìn)前后的結(jié)果如下表3所示，改進(jìn)后的批次100%合格。

表3 零件改進(jìn)前后的一次交檢情況

5 結(jié)論

（1）采用雙電流分工序焊接工藝的最佳焊接參數(shù)為表1和表2的第7組參數(shù)，焊接后零件外觀完美，接觸間隙完全去除，金相低倍兩側(cè)熔合良好，超過2.5mm熔合區(qū)，滿足設(shè)計(jì)和工藝的要求。

（2）采用雙電流分工序焊接金相組織為典型的奧氏體組織，晶粒較基體細(xì)，具有較好的力學(xué)性能。

（3）通過采用雙電流分工序焊接，先在剛性焊接夾具上小電流定位，后無(wú)焊接夾具大電流焊接，零件的外觀和攻絲合格率提高到100%，大大提高了零件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。