研究背景
金屬導管是航空發動機的重要組成部分,各系統中的燃油、滑油、空氣、氧氣等工作介質都依靠金屬導管來傳遞輸送。航空發動機管路零件具有種類多、數量大、精度等級高等特點,因此其制造精度和質量的要求很高,對制造方法的要求也就越來越高。金屬導管的主要制造方法為焊接,航空發動機金屬導管的焊接多采用手工氩弧焊、火焰釺焊、感應釺焊等。上述焊接方法操作方便、設備簡單、成本低廉,對管路單件的要求較低,因此在管路焊接中應用較為廣泛。但是這幾種焊接方法都是手工操作,對焊工的技能水平要求較高,通常焊縫成形都不甚理想,會出現焊偏、凹陷、焊漏、焊不透等缺陷。
近年來,随着金屬導管的大量應用,對金屬導管的焊接質量要求越來越高,自動焊接成為較理想的導管焊接方法。在20世紀90年代出現了自動環焊機用于焊接金屬導管,焊接管徑可覆蓋航空發動機上所有金屬導管,因此,近年來自動環焊機開始在航空發動機金屬導管焊接上得到應用,并取得成功。
排氣管環焊機的基本結構
自動環焊機的裝配圖如圖所示。排氣管環焊機主要由帶輪防護罩、傳動機構、觀察窗、台架、防護罩和旋轉夾緊機構組成。
環焊機
ACL-200的小型自動環焊機規格
針對航空發動機中的導管直徑通常在φ30mm以内,選用美國MK公司生産的型号為ACL-200的小型自動環焊機。該型焊機主要用于不鏽鋼、碳鋼、鋁合金等管材的管管對焊,及管路與管接頭的焊接。焊接範圍為導管外徑φ6~φ50mm。設備參數如圖所示。
環焊機
焊接工藝
焊前的清理及定位焊
打磨管端頭内外毛刺,使管端齊平無毛刺,并用酒精擦拭幹淨。采用手工鎢極氩弧焊定位,定位焊點位置如圖1所示,要求定位焊點不宜過高,電流不宜太大,不允許焊透,焊點數目不得少于2個,焊點直徑不得大于6mm;
圖1
定位焊如果采用如圖2所示的位置,會出現焊點位置偏離焊接對接面的中性線,由于環焊焊縫成形比較規則,偏離焊縫的定位焊點不能被正常焊縫所覆蓋,造成定位焊點在焊縫的邊緣及外側,使焊縫表面成形較差。若采用圖1的定位方式,可有效避免此類情況發生。圖2
自動環焊
環焊設備為自動焊管機。環焊的主要焊接參數包括焊接電流、焊槍轉速、保護氣體流量等,同時焊接接頭的間隙配合也起着至關重要的作用。在現有的條件下,管路端頭由車工加工而成,焊接前由鉗工修理,這種情況下,短頭的尺寸精度難以達到圖紙規定要求,導緻管端與管接頭配合間隙不均;此外定位焊時,如果管路發生錯位,也會導緻配合面間隙不均,從而使環焊後出現焊縫表面凹陷。焊接過程中采用導管内部通氩氣保護若導管内部沒有氩氣保護,會導緻焊縫背面成型不良,同時造成氧化。