0cr18ni9型不锈钢航空导管纵缝的自动化焊接工艺

0cr18ni9型不锈钢航空导管纵缝的自动化焊接工艺
张洪涛，郭绍华，王 翀
（陕西飞机工业（集团）有限公司，陕西 汉中 723215）
摘 要：传统手工焊接存在导管制造精度不高，影响焊接效率的问题，为此进行0cr18ni9型不锈钢航空导管纵缝的自动化焊
接工艺研究。

采用数控卷管机进行卷管，对缝间隙为0.3mm，根据0cr18ni9型不锈钢材料的选择合理的焊接参数，从而完成0cr18ni9型不锈钢航空导管的自动化焊接。

通过对比试验结果可知，0cr18ni9型不锈钢航空导管的自动化焊接工艺比手工焊接的焊接外观美观、均匀。

焊接接头强度与母材强度相当。

关键词：
单一导管；不锈钢；焊接工艺；自动化中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）04-0085-2收稿日期：
2020-02作者简介：
张洪涛，男，生于1987年，汉族，山东德州人，硕士研究生，工程师，研究方向：焊接技术应用。

航空导管具备结构复杂、形式多样的特点，是飞机上关键组
成部件之一，在系统中实现对燃油液压和氧气环境等的控制，具备压力传递以及燃油输送的作用。

航空机械制造的过程中，需要使用焊接工艺进行焊接工作，将单个部件组合在一起，航空导管组成相对简单，主要包括单一导管、焊接导管和组合导管，具备轻量强韧和低消耗的优点，在飞机自动化制造的过程中，首先要实现航空导管的自动化焊接工艺，随着机械制造工艺自动化焊接设备的出现，保证了单管整体成形的强度和韧性，自动化焊接设备有效推动了机械制造工艺的科学性和精确性，实现了焊接工艺自动化的可能性[1]。

航空单一导管成形方法主要采用焊接的方法成形，对自动化程度要求较高，从而保证单管的制造精度，在自动化焊接工艺中，航空导管的焊接包括标准半管和非标准半管，导管主要成形方法为组装焊接，并且有效避免焊接过程的差错，从而完成航空导管的自动化焊接工作。

而航空导管传统焊接工艺中，很容易受到温度和湿度等环境方面的影响，造成导管形状产生变形，无法满足自动化焊接对导管制造精度的需求，为此对0Cr18ni9型不锈钢航空导管的自动化焊接工艺进行研究。

1 自动化焊接0Cr18ni9型不锈钢航空导管1.1 焊接设备
薄壁不锈钢板的TIG 焊接设备主要有焊接电源和焊接专机两部分。

1.1.1 焊接电源和焊接程序控制电源
焊接电源主要是提供焊接电流，焊接程序控制电源主要是控制焊接功能如：提前送气和滞后停气；直流/脉冲电流；横梁小车运动；送丝运动；横摆功能；弧长控制等。

焊接程序控制电源如图1所示。

1.1.2 焊接专机
在薄壁不锈钢板的TIG 焊接，主要存在焊接工件变形和焊缝表面氧化的缺陷。

焊接变形主要是薄壁不锈钢板工件的长度大，在施焊的过程中，焊接的热量积累严重，造成工件受热不均匀，产生应力变形。

焊缝表面氧化是由于熔池在未完全冷却的情况下被空气氧化，因为不锈钢板在连续焊接中必须保证焊缝光亮无氧化，所以只有正面保护气是不够的，要配置辅助保护装置。

本焊接专机主要有机座、琴键夹具、芯轴、轴端托架、行走小车。

并配相应的十字滑架、送丝机、电缆总成、气管、水管、检
测仪表和循环水泵等如下图所示。

图1 焊接程序控制电源 图2 导管纵缝自动化焊接专机
1.2 工艺试验流程
采用数控卷管机对板材（251.2mm×1000mm×0.8mm）卷制成直管，管径为80mm，直管对缝间隙要求小于0.3mm。

导管纵缝自动化焊接前需对焊丝和焊接边20mm 范围导管内外表面清理，去除焊丝和焊接边表面的氧化膜和油污。

先化学清洗后，再采用机械打磨抛光清理[2]。

采用琴键夹具对不锈钢导管进行固定，保证对接间隙小于0.3mm。

不锈钢焊丝的选择。

根据0cr18ni9型不锈钢材质，自动化焊丝牌号为H0Cr19ni9，焊丝直径为1.0mm，具体化学成分如表1所示。

表1 焊丝化学成分表
碳锰硅铬镍≤0.0.08
≤2
≤1
18～20
8～10.5
H0Cr19ni9焊丝与母材0Cr18ni9化学成分一致，满足0Cr18ni9型不锈钢的强度，具有良好的焊接接头性能，且降低焊接材料成本。

焊接专机进行导管纵缝的自动化焊接，导管正反面进行氩气保护，焊接过程中氩气流量为5L/min。

焊前不锈钢航空导管通入2min 纯氩气，保证导管空气排除后方可进行焊接，导管冷却后滞后断气。

2 焊接工艺参数选择
对自动化焊接工艺进行规范，按95%、97%、98%、93%的比例设置各区电流。

基值电流为第一焊区峰值电流的40%，合理控制热输入。

焊速选择500mm/min，控制线能量。

起弧电流选择较小，为第一区峰值电流的1/5，不超过20A。

上升时间依第一焊区峰值电流而定，控制在5s ～10s。

在熄弧后仍持续送气保护，送气时间为5s。

焊枪钨极尺寸为1.6mm，钨极端部距离焊缝1.5mm，选择钍钨，保证起弧可靠性，并适当填充焊丝，由机头送丝机构按设定的速度自动送入焊缝。

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3 提高电炉炼钢中对于废钢质量管理的对策
3.1 严格把控引进废旧钢材的渠道
对于控制废钢质量，把控好购买废旧钢材原料的质量是一个比较有效的方式，在购买废旧钢材时，挑选比较有信誉度的、材料好的供应商，可以有效降低买进质量差的废旧钢材的风险；在收到购买的废旧钢材原料时，进行仔细的检查，可以有效地避免不良商家在废旧钢材中掺杂泥沙石子等，将品质差的钢材以次充好的可能，提高废旧钢材的质量，保证经济收益。

3.2 选择尺寸、重量合适的优质材料
在进行废旧钢材冶炼作业时，要选择尺寸和重量都比较合适的废旧钢材，尺寸合适的废旧钢材能够一次性放入的数量更多，对空间进行了有效的利用，减少了开炉的次数，降低了生产成本；而选择废旧钢材时，质量较轻的废旧钢材杂质含量较大，对于钢铁的回收率较低，重量大的废旧钢材在购进时，价格会比轻的废旧钢材贵，但不论是进行冶炼时对设备的损耗，还是其中的杂质含量都比较少，冶炼的成本降低，对于其中钢铁的回收率比轻型废旧钢材的回收率更高，可以获得更多的产品，提高经济收益。

3.3 测明废旧钢材中的化学成分，分类、分批次冶炼
在进行废旧钢材的冶炼时，对其中所含的化学成分进行测定，然后分类分类存放，分批次冶炼，不仅可以有效避免化学物质混杂，还可避免冶炼时间过长或冶炼出的钢材产品报废的情况，而且对于合金等废旧钢材，可以有效回收其中包含的其他贵重金属，产生更多的经济效益，同时通过对含有碳、硫、铜、磷等化学成分的废旧钢材分类，制定不同的冶炼措施，可以进行更有效、更安全的冶炼，既保证了企业的经济效益，也降低了冶炼过程汇总炉墙、炉壳被融毁的风险，保证了设备的安全运行，降低了生产的成本。

3.4 发展合格稳定的废旧钢材供应商，稳定高质量废旧钢材引进渠道
进行废旧钢材冶炼的企业可以选择废旧钢材供应质量高、价格好的供应商、双方达成长期的合作关系，也可以通过自己融资、参股等手段建立、控制废旧钢材质量高的供应源头，不仅可以有效避免引进质量较差的废旧钢材，还有利于企业向大规模、多层次、多领域方向发展，有利于企业扩大生产经营规模，降低生产成本，提高经济收益。

4 结语
电炉炼钢中废旧钢材的质量对企业生产的钢材产品有着直接的影响，和企业的生产成本、经济效益息息相关。

提高电炉炼钢时使用的废钢质量，不仅能够有效提升炼钢的效率，降低冶炼过程中的能耗，而且能够提升产出钢材的质量，从而提高经济效益，是电炉炼钢企业发展进步的重要方式。

通过探讨研究可以发现，电炉炼钢企业提高废钢质量的管理具有重要的意义。

参考文献
[1] 张建国.电炉炼钢中关于废钢质量的管理论述[J].资源再生,2016,(2):53-56.[2] 王新江.中国电炉炼钢的技术进步[J].钢铁,2019,54(8):1-8.
[3]
胡瑞成,邵娟.电弧炉炼钢工艺过程的控制[J].铸造技术,2011,32(6):899-901.
（上接85页）
3 试验结果
（1）焊接外观对比及分析。

自动化焊接对比手工焊接，不仅提高生产效率，且焊接质量稳定，导管外表成形美观，两种工艺
焊接质量效果如图所示。

图3 自动化焊接（左）手工焊接（右）
在焊接不锈钢薄板时，手工氩弧焊因热影响区域大，焊接区
域受热不均匀，造成焊缝外观不均匀，焊接接头变形大，局部出现焊瘤、咬边、气孔等缺陷，尤其在薄板焊接件表现尤为突出，焊接专机氩弧焊在一定程度是哪个弥补这一方面的不足，在焊接薄板时，薄板的加热、冷却都比较均匀，焊接过程中焊枪到焊缝的距离保持不变，焊接专机焊接作业具有相同的焊接参数，因此他焊接的工件在尺寸和质量方面都相对统一，焊缝外观更加美观。

表2 焊接接头强度
位置
拉伸强度（MPa）屈服强度（MPa）
断裂位置
1748310母材2754293母材3
726289
母材
（2）强度试验。

沿着导管焊缝的横向方向，在焊缝三处位置取样，试样宽度为20mm，试样剪开拉直后制成条状拉伸试样。

按照国家标准进行拉伸强度试验，自动化焊接接头的拉伸强度
和屈服强度见表2。

断裂位置如图所示。

图4 焊缝断裂位置
强度试验结果表明：自动化焊接接头拉伸试样的断裂位于
母材上，接头的强度与母材强度相当[3-5]。

4 结语
在飞机数字化制造的大环境下，对航空导管自动化焊接要求越来越高。

本文工艺焊接技术提高了焊接单一导管的精度，提高了焊接速度，并通过对比实验验证了本文不锈钢航空导管焊接工艺的有效性，从而提高了航空机械制造的效率。

参考文献
[1] 高亮,王广海,崔雷.自动环焊机在航空发动机中的应用[J].电焊机,2017,47(09):39-42+49.
[2] 韩志仁,吕彦盈,刘宝明等.飞机焊接导管数字化制造技术研究[J].航空制造技术,2017(08):95-98.
[3] 钱宝升.飞机导管焊接夹具的检测方法分析[J].山东工业技术,2018(11):66-67.[4] 史春山.高温合金导管全位置自动焊接工艺[J].电焊机,2018,48(12):109-112.[5]
朱伟英.铝合金导管焊接变形产生的原因及控制措施[J].技术与市。