惯性焊同轴度控制

曾维慷++文宝林++赵鹏飞

摘 要：摩擦焊后鼓筒为多级盘的焊接组合件。焊接时，以其中一个盘为基准，将另外几级盘依次焊接，形成多条焊缝的焊接组件。通过对焊接件的精度测量、统计和分析，发现了在测量过程中测量表架（杆）的自重、刚性和伸出长度的不同均会对测量结果产生较大影响，而在一定条件下，焊前测量零件相对位置的数据与焊后组件同心度大小和偏移方向存在一定的规律。

关键词：惯性摩擦焊；焊接精度；测量

中图分类号：TH161 文献标识码：A

0.引言

惯性摩擦焊作为一种先进的焊接工艺，其焊缝为锻态组织，具有接头性能好、工艺质量的再现性和可靠性高等优点，对航空构件采用焊接式整体结构，对构件减重和降低加工的复杂性效果明显。但是摩擦焊与电子束等熔焊工艺存在不同，焊接时两个零件不能装配在固定的夹具上，因此摩擦焊在产品实现工程化应用过程中，零件的焊接精度控制一度成为焊接工艺攻关的重要研究方向。本文通过摩擦焊的后鼓筒组件的焊接同心度技术要求为切入点，研究了焊接设备、焊接装夹调整、测量等要素对焊接精度的影响，掌握了各项因素对测量结果的影响程度和方式，为提高零件焊接精度和控制方法给出了明确的方向。

1.焊前装夹零件的测量

待焊接零件分别装夹主轴和尾座上，装配后需分别进行径向和端面跳动测量，检查零件的装配质量和设备对中状态。

1.1 主轴上零件测量

测量主轴上零件端面、径向跳动相对简单，将表固定在尾座（尾座不旋转）上，主轴零件随主轴转动，由于测量表固定不旋转，很容易读出测量数据。

1.2 尾座上零件的测量

尾座零件测量不同与主轴零件，主要是测量表具安装在旋转主轴上，而被测量零件是固定的，在测量时由于表随主轴旋转，读取数据需要随着表位置进行移动，表面的方向也是变换的，因此通常情况下需要测量表安装于较长的表杆上或刚性好的三角支架上，由于增加安装测量表的机构，自然增加测量数据的误差因素，尤其尾座零件相对于主轴中心线不可能是严格对中，它相对于主轴偏移方向不同，会对径向跳动测量数据产生很多不同影响，测出的数据差异较大。

1.2.1 摩擦焊机的测量实验

我们采用测量支架和表杆以及3个不同位置上的测量，3个位置距离分别为655mm、460mm和340mm的测量结果。采用专用测量支架测量的数据相对较小，也就是说更加接近实际数据；采用相同的表杆在不同距离上测量的数值也存在明显的差异，距离越远下部的负值越大，意味着数据偏差越大，与车床上测的结果完全一致。采用专用测量支架测量距离为655mm比表杆测量的340mm还要准确。基于上述实验结果，在焊前装配质量测量和设备对中情况检查及调整时应采用专用支架，避免由于表杆安装和调整长度带来的误差。

2.分析产生径向跳动测量数据误差的原因

由上述试验可知表架自重、刚性和表架伸出长度对测量影响较明显，分析原因如下：表杆刚性较差、中间存在螺丝紧固环节，测量中影响因素多，肯定不如专用测量支架刚性好；而且单位长度上自重较大，由图1看出，当测量表处于上部时，由于表架和表的重量，有一个重力F1作用在表杆上，如果此时测量表压进0.3mm，在此位将表调成“0”，当主轴逆时针旋转到“左”位时，表架的重量不再作用在表杆上，表杆自然要自动弹出0.3mm，当表架转到“下”位时，表架重量作用在表杆上是向下的，脱离零件方向，使表杆自然还要自动弹出0.3mm，那么上与下比较，一个压下0.3mm，一个弹出0.3mm，因此下面测出的自然为“-0.6mm”。当表架转到“右”位时，表杆不再受伸、缩重力作用，自然又自动弹出0.3mm。

3.测量夹持在尾座零件的径向跳动数据的意义

尽管测量尾座零件径向跳动的数据，与设备对中状态存在较大偏差，但是在采用相同测量支架的条件下，测量数据的积累统计对工程应用仍有重要意义。

（1）可以考察焊机的对中状态。

（2）通过对焊前测量与焊接组件同轴度数据的统计，可以找到二者存在的对应关系，从而更好地控制零件焊接质量。

（3）利用焊前测量与焊接组件同轴度偏移方向的对应关系，可以有效控制各级盘在焊接组件中的偏移方向。

结论

（1）在严格控制焊前零件加工质量及装配质量的同时，采用专用测量支架测量尾座零件的径向跳动，该数据尽管测量误差，并不能直接代表设备尾座与主轴的对中状态，但是记录并统计该测量数据，可以作为考察设备对中状态的依据，同时作为调整设备对中度的参考数据。

（2）焊前测量尾座零件的径向跳动数据与零件的焊接同轴度存在一定的对应关系，这种对应关系可以有效控制组件焊接时各级盘的相对位置，并可以借此预判零件的同轴度的大概范围。

（3）摩擦焊组合件加工基准的重新确定非常重要，新的加工基准的合理确定，可以有效改善焊接精度带来的不利影响，是保证摩擦焊组合件最终质量关键技术。

参考文献

[1]曾维慷.45#钢摩擦焊工艺及变形研究[J].中国新技术新产品，2015（24）：105.

[2]王敬和.惯性摩擦焊接技术[M].北京：中国科技出版社，2002：218-221.