45＃钢摩擦焊工艺及变形研究

曾维慷（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

45＃钢摩擦焊工艺及变形研究

曾维慷
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

本文介绍了45＃钢件摩擦焊工艺参数、零件装夹、焊接过程及过程中参数的实时变化情况，着重分析了焊接部位厚度、主要焊接工艺参数对焊接收缩、焊头强度和变形的影响。简要分析了产生上述情况的主要原因，并提出相应的解决措施。

45＃钢；盘件焊接；工艺准备；影响

1 引言

鼓筒是燃气轮机的核心，用摩擦焊连接鼓筒对于提高零件质量、寿命和可靠性是必要的。采用摩擦焊将各级盘焊接为一体，然后对零件进行加工，这种方法加工的鼓筒重量轻，保证了精度。本文介绍了45＃钢摩擦焊的参数、工艺试验及变形情况，对掌握工艺参数对焊接精度的影响规律，控制焊接变形具有意义。

2 工艺准备

2.1 零件结构及夹紧状态

试验件的结构及焊接夹具的夹紧、压力的位置如图1所示。

2.2 焊接设备

惯性焊机设备指标：

转速：0～600r/min；最大转动惯量：6500kg·m2；最大推力：350t；可焊最大环形面积：27000mm2。

2.3 焊接试验

2.3.1 厚度不同试件，用相同焊接能量和压力进行焊接，结果见表1。表中焊接能量、焊接压力为输入焊机的参数。转速是主轴转速，在飞轮不变时，对焊接能量变化产生影响的仅是转速；焊接压力是油缸压力；峰值扭矩为焊接过程中最大值。表中收缩量是焊前、后零件总长差值，收缩量控制是尺寸精度的关键。

2.3.2 单位面积上焊接能量变化对焊接过程的影响，我们进行了两次试验见表2。

2.3.3 焊接压力对焊接过程的影响见表3。

图1 试件结构及夹持

表1 焊接厚度变化的结果

表2 焊接能量变化的结果

表3 焊接压力变化的结果

3 结果分析

3.1 厚度变化的影响

从表1看出，焊接参数不变时，厚度减小2mm，产生如下影响：（1）转速下降约14r/min，压力下降25bar；焊接时间不变；峰值扭矩下降1/3；（2）收缩量平均增大0.4mm；（3）平行度、同心度无影响。壁厚为8mm时，焊接压力提高10MPa，峰值扭矩提高了17kNM，焊接收缩量增加0.10mm。两种不同的厚度（8mm、10mm）的试件，参数相同时，焊接收缩量不同，其中较薄件收缩量大0.34mm。厚度变化对精度无影响。

3.2 焊接能量的影响

厚度为10mm时，焊接能量对焊接的影响有：（1）能量下降，转速下降，焊接时间明显减少；（2）能量下降，收缩量减少；（3）相同试件，能量相同，焊接过程中峰值扭矩和收缩量非常稳定。

厚度为8mm时焊接能量的影响有：（1）能量下降，转速下降，峰值扭矩无明显变化；（2）能量下降，收缩量减少，焊接精度无明显规律。厚度为8mm时，转速对收缩量的影响在试验范围内呈线性关系。焊接能量影响收缩量，对其它无明显影响规律。

3.3 压力对焊接结果的影响

根据表3数据，压力变化对收缩量的影响是压力增大收缩量增大，且各个能量下压力与收缩量的变化趋势基本一致。另外，焊接压力增加对焊接时间影响不大，对焊接中的峰值扭矩和焊接精度的影响无明显规律。

结论

（1）腹板变形普遍存在于零件的焊接中，变形大小与焊接参数、峰值扭矩有关系，变形的方向方式与夹具结构有关系；（2）零件同轴度与焊接参数、壁厚无明显关系，与设备精度、夹具和零件加工精度有关。

[1]商献伟.大截面铝/钢摩擦焊工艺研究及温度场模拟[D].兰州理工大学，2010.

TG457

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