某机型支架凸焊表面击伤及攻丝缺陷控制研究

柯文敏，卢 锐，金坤梓，程 琦，罗 超，汤俊礼，袁培文

(中国航发南方工业有限公司，湖南 株洲 412000)

1 焊接表面损伤原因

某机型支架A和B作为某型发动机不可或缺的一个小部件，是航空发动机系列最为典型的凸焊工艺零件，凸焊的有专门的凸焊设备实现，同时可以用点焊设备代替，这个零件长期以来由于焊接表面击伤和钻孔螺纹缺陷经常报废，严重影响发动机质量和交付周期，经济损失较大。经查A以往批次：16-1批，77件，36件由于表面沙眼螺纹断扣而报废；16-3批，99件，3件不合格；17-1批，137件，61件由于凸焊后攻丝后零件内部存在缺陷，螺纹不能使用而报废；B以往批次，17-1批，加工21件，14件报废，17-2批，加工23件，6件报废；零件报废率很高合格率难以控制。同时表面出现明显的击伤痕迹，外观质量得不到保质，质量十分不稳定，为了解决焊接表面击伤和内部螺纹断扣缺陷问题，摸索新的焊接工艺参数，确保零件的质量，进行了凸焊工艺攻关工作。

2 工艺分析

图1 两单件组合图

根据现有支架A/B的工艺，工艺路线为：0配套—10点焊—20淬火—30钳工—40检验，在10工序点焊设备焊接过程中，产生表面击伤和内部螺纹缺陷缺陷原因：一是两单件组合及其装配到夹具图中（见图1和图2），装配局部是有间隙的，瞬间电流过大，夹具导电，产生电弧致使零件表面击伤痕迹或形成沙眼；内部螺纹断扣是因为焊接过程中形焊接夹具（图2a）放电导致电流分流，内部熔化不是在两单件的接触界面形成，而是在零件击伤的界面附近形成金属熔化区，冷却后导致击伤位置内部形成凝固缩孔；针对以上原因，工艺改进思路是调整焊接参数、改进焊接夹具、调整工艺控制过程。

图2 (a)焊接夹具图；(b)两单件组合装配到夹具图

3 工艺改进及结果分析

针对以上工艺分析，首先在焊接过程中要使尺寸能定位准确，单件1与焊接夹具装配的间隙不宜过大，而在不大的装配间隙中，凸焊过程中在保证接触面的凸点纵向间隙完全去除的情况下，材料沿周向的热胀变形量会大于单件1与夹具的装配间隙，所以在热胀的过程中零件受热变软的材料就会容易与夹具刚性面接触，接触就会形成放电使零件击伤或热变形接触痕迹，同时由于分流在接触区域附近内部界面形成熔化区域，熔化区域由于没有正常的界面压力保证在熔核冷却凝固过程中去除缩孔，相当自由收缩，所以容易形成内部的缺陷导致螺纹断扣的发生，为了解决这两个工艺难题分别做了几个工艺方案来改进工艺。

方案一：定位零件1的时候外面使用绝缘的胶木作为定位圆，原来工艺路线不变。

方案二：调整工艺路线0配套—5点焊定位—10点焊—15钳工—20淬火—30钳工—40检验和调整焊接参数，焊接的过程先采用焊接夹具增加一道小电流焊接定位工序，此时电流电流值不足以产生电弧和放电锻粗变形接触表面击伤，然后取下焊接夹具再用大电流焊接，焊接过程控制细节更改为：5点位定位—在焊接夹具上接触焊定位，零件焊后不脱落即可，不要求检查熔核；10点焊—外通水冷，不允许使用焊接夹具焊接，焊接时调整零件在电极中心并摆正，先不通电，调整上下电极先压紧零件，然后通电踩脚踏开关进行焊接。每批两件做金相试验，剖切面两侧从外到内2.5mm圆环范围内有熔合即可。

要想达到焊接单件1上不出现焊接的接触痕迹，必须正式焊接能量熔化接触凸点形成熔核的时候不能使用焊接夹具，那么就必须要有一个很好的定位的工序，定位工序必须用到焊接夹具保证尺寸，定位首先常规的想法是用氩弧焊的方法定位，氩弧焊定位不能使用该套夹具，用手工画线的方法，定位到沿周均布置3到4点，首先在氩弧焊定位处是存在很大间隙，定位过程中对圆柱零件加热会产生较大的变形，但是在定位后经过点焊焊接过程中，焊接时候氩弧焊焊点增加了凸焊接触焊点的面积，焊接过程氩弧焊点局部分流，导致局部热量过大，局部形成压溃变形，不能保证零件完整性，焊接出来的零件变形严重，同时定位后凸点后面的间隙不能随着焊接熔化而及时适应去除，导致焊接过程中界面熔化的金属从间隙中挤出，如图3所示。

表1 定位焊接参数

表2 10工序点焊第二次焊接参数结果统计对比

图3 氩弧焊定位的后点焊零件状态

从上可以得出氩弧焊定位不可取，只能从电阻焊这种方法本身去想办法，就是把双脉冲焊接的电流单独分开成两道工序，焊接夹具定位的时候采用小电流焊接，能量不足以产生缺陷为准，定位的时候零件只要稍微的粘上即可，同时在焊接的过程中要使圆柱单件不出现变形而且接触端面的间隙刚好去除；针对如此方案目标调整参数进行试验，试验过程如下。

采用交流点焊设备DN2-200，电极采用直径Φ16的平面电极，下电极预制小孔，运用普通的点焊机做凸焊试验，采用10级功率，调整最佳焊接参数，对于点焊定位的电流保证两个单件焊接时候不出现不歪斜的情况下间隙均匀，单件1不出现焊接击伤和接触的痕迹，定位参数裕度很大，在合适范围内都可以，参数调整后最佳匹配正式焊接参数的定位参数如表1所示；关键是正式参数的调节较有难度，必须保证凸焊后金属熔化溃降速度均匀，首先控制过程不能是电极直接冲击下来焊接，直接冲击零件会出现歪斜，采用点焊机上的辅助行程先预压紧零件，焊接的零件保持在电极的中间，然后通电焊接，焊接熔化至冷却过程中始终手动扶正零件保证零件水平，同时必须有合适的加热参数和合适的焊接压力。

经过电流和压力的调节，从表2中看出第7组焊接参数为合适的最佳参数，焊接外观可以看出经过方案二改进后零件的表面状态光亮无烧损和击伤痕迹，接触面的间隙均匀。

4 生产验证应用效果

采用双电流分工序焊接工艺方案二的改进进行了生产验证，改进前后的结果如下表3所示，改进后的批次100%合格。

表3 零件改进前后的一次交检情况

5 结论

（1）采用双电流分工序焊接工艺的最佳焊接参数为表1和表2的第7组参数，焊接后零件外观完美，接触间隙完全去除，金相低倍两侧熔合良好，超过2.5mm熔合区，满足设计和工艺的要求。

（2）采用双电流分工序焊接金相组织为典型的奥氏体组织，晶粒较基体细，具有较好的力学性能。

（3）通过采用双电流分工序焊接，先在刚性焊接夹具上小电流定位，后无焊接夹具大电流焊接，零件的外观和攻丝合格率提高到100%，大大提高了零件的生产效率和产品质量，降低了生产成本。