不锈钢导管环焊的组织与性能

宋健 郑医 徐磊 王广海 刘玉萍

摘 要：环焊是近几年开发的一种新型高效管路TIG焊方法。通过不同规格管材的焊接试验，研究了奥氏体不锈钢导管的环焊工艺，焊缝组织与性能，确定了焊接工艺方法和常用规格导管的工艺参数，对今后生产类似零件有一定指导作用。

关键词：导管；环焊；组织；性能

前言

在航空发动机、飞机附件机匣、发动机附件机匣等多种航空设备上，金属导管是其中非常重要的一部分。供油、回油、供氧、排气、环控等多种功能都是靠金属导管实现的。金属导管通常承担了较大的流体压力，其焊缝的可靠性对航空设备的可靠性有重要影响，在此要求下，近年来开发了一种针对金属导管的新型焊接工艺——环焊。

环焊是一种不填丝的自动TIG焊工艺，焊接时焊缝位于封闭焊钳内并用气体保护。较之手工氩弧焊，焊缝被保护的更为完全，焊缝质量受送丝速度、送丝量、焊枪移动速度、钨极与焊缝的距离变化等因素的影响更小，焊缝质量更为稳定。并且，在自动焊条件下，焊接收缩量也更为稳定，为管路件尺寸精度的提高创造了一个较大的空间，为过程控制能力的提升创造了良好的前景。

1 焊接试验

1.1 试验材料

试验选用1Cr18Ni9Ti的管材，规格分别为φ6×0.8、φ20×0.8。材料成分、力学性能表1、表2所示。

表1 材料成分[1]

表2 力学性能[2]

1.2 环焊设备

试验使用了美国MK公司的自动焊管机，配备COPPER 5002型封闭式全位置焊管钳，带焊钳水冷循环器，具有焊钳及管子背面保护气体控制功能。电源系统采用IGBT逆变电源，1A～200A焊接电流，100%负载，脉冲、连续式焊接电流输出；自动高压起弧。

1.3 焊接结构

若管管直接对焊，焊缝处会有一定凹陷。为防止这一点，考虑在焊缝处填充金属，以防止焊缝处减薄，达到焊缝正反面都有一定成型高度的效果，从而提高焊缝强度。由于焊钳为全封闭式，无法手工送丝，所以设计焊接结构为管接头处增加填充金属的结构如图1所示。该结构为对接焊接结构，将箭头所指部位熔化，起填丝作用。

图1 环焊缝结构 图2 管路端面焊接前

1.4 焊接工艺试验

为保证零件焊接两部分对正且贴合紧密，焊前准备过程对管路端面的要求非常严格，为了取得良好的焊接效果，充分的焊前准备是非常必要的。我们将管端研磨到符合图2要求后，对待焊部位进行了抛光，去除污物、氧化物和钝化膜等。

1.5 焊接工艺参数

首次焊接试验时，出现了沿周焊缝宽度极为不均匀且出现偏斜的情况。经多次试验和分析，该问题是由于钨极磨削不均匀造成的。当钨极锥面发生偏移或磨削痕迹不均匀时，电弧易发生漂移或发散现象，造成焊缝的不均匀。此外，在试验中发现，沿轴向磨削的钨极使用效果要好于沿周向磨削的钨极。将焊缝圆周分为八段对电流分别进行控制。在试验中不断优化焊接工艺参数，确定了最终的焊接电流数据和最佳的工艺参数，具体焊接工艺参数如表3所示。

表3 导管环焊的工艺参数

1.6 焊接质量的影响因素

钨极的调整主要包括钨极形状的磨削和钨极与熔池距离的调整。钨极与熔池距离是影响焊接质量的重要因素[3]。若钨极与熔池距离过近，焊接过程中易出现夹钨或气孔缺陷；而距离过远，会有难以起弧的问题，零件不易焊透。经工艺试验得出，钨极与熔池距离在1mm～1.2mm之间时，焊接效果最为理想。

焊接电流也是影响焊接质量的最为重要的因素，焊缝的宽度、熔深、余高等重要参数都受其影响[3]。

1.7 环焊的组织与性能

从图3金相照片可以看出，两种规格的管路焊缝与基体金属过渡圆滑，焊缝处的金相组织致密均匀，没有气孔裂纹等缺陷。从表4性能试验结果表明，焊缝力学性能满足导管环焊的设计要求。

φ6×0.8 φ20×0.8

图3 管路焊缝金相照片25×

φ6×0.8 φ20×0.8

图4 管路焊缝金相照片200×

表4 性能试验结果

为了准确控制焊接电流，达到良好的焊接效果，焊缝平滑美观，无裂纹、凹坑、咬边等缺陷，通过了X光检验、渗透检验、金相检验及性能试验，满足要求。

2 结束语

通过大量焊接工艺试验的摸索，总结了奥氏体不锈钢导管环焊加工的经验，确定了环焊零件的工装方案、工艺方案及参数，并且成功地生产出外观质量好，尺寸精确，焊缝美观、性能优越，符合设计要求的管路零件。形成了批量生产的能力，产品质量稳定，生产效率高。

参考文献

[1]陈恒庆，等.中国钢铁材料牌号手册[M].北京：中国标准出版社，1994.

[2]《机械工程材料性能数据手册》编委会.机械工程材料性能数据手册[M].北京：机械工业出版社，1995.

[3]黄德志，王义.管道环焊缝装配间隙对焊接质量的影响[J].焊接技术，2006，35：36～38.