型板焊接变形控制技术研究

型板焊接变形控制技术研究

朱永苗潘超段睿征

航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司陕西西安710089

摘要：复合材料模具由框架、型板焊接而成，是典型的焊接结构。由于复合材料零件尺寸大部分规格都很大，而复合材料模具的制造主要采用的是焊接结构，复合材料模具基本由三部分组成：框架、型板、管路，焊接变形的不可控性是工艺装备制造的最大难点之一，采用的焊接坡口形式不同，焊接顺序不同，均可造成不同的焊接变形量，型板直接接触型面，参与零件成型，因此型板的焊接变形控制是决定工艺装备是否满足精度要求的必要条件。

关键词：焊接变形控制；气密焊接；型板焊接

引言：复合材料模具加工工艺中，焊接技术为加工前主要工艺方法。焊接结构中出现的变形表现在尺寸、形位、强度、漏气等几个方面，均会造成工装质量问题。其中焊接的气密性是工装在尺寸，各公差均满足图纸要求后，需检验的最后一步，如果工装漏气，造成交付工装不合格，将会引起巨大损失，不仅引起巨大的返修费用，还会耽误零件生产，影响飞机交付进度。在焊接过程中出现的焊接质量问题必须在问题发生之前，就应该避免出现，因此复合材料工装的气密焊接技术必须熟练掌握。

1型板分块

型板是复合材料模具中工作型部分，复合材料成型模的尺寸型板不仅需要有满足图纸及数模的高精度型面，还需要满足不漏气的条件。

由于壁板类零件规格大，造成壁板类工装型板尺寸规格大，市面上提供的钢板尺寸为2m×6m，如果工装尺寸大于2m×6m，型板就需要采用分块拼接的方式，各分块之间采用焊接的方式进行型板的拼接，型板在分块时应避免将垂直线，平行线拼接（如图1），易造成焊接时受热不均匀，焊接变形量过大。

各型板分块下料成型，下料及成型时采用精准成型技术，保证各边净边，框架焊接热处理后，采用机加或检测的方式，确定框架型面的准确度，要求框架成型面误差不大于1mm，并按数模划出各件分块位置定位线，焊接时先将各型板预拼接，位置确定后进行型面气密焊接。

图1型板分块方式

2型板焊接

2.1焊接准备

2.1.1要求：焊接气密，焊接区不能有气孔等缺陷

2.1.2焊前准备

1）根据施焊结构钢材的强度等级，各种接头型式选择相反强度等给牌号焊条和合适焊条直径；

2）当施工环境温度低于零度，或钢材的碳当量大于0·41%及结构刚性过大，构件较厚时应采用焊前预热措施，预热温度为80℃～l00℃，预热范围为板厚的5倍，但不小于100毫米；

3）焊条烘培：酸性药皮类型焊条焊前烘焙150℃×2保温2小时；碱性药皮类焊条焊前必须进行300～350℃×2烘焙；

4）焊前接头清洁要求，在坡口或焊接处两侧30毫米范围内影响焊缝质量的毛刺、油污、水、锈脏物，氧化皮必须清洁干净；

5）在板缝两端如余量小于50毫米时，焊前两端应加引弧、熄弧板，其规格不小50×50毫米。

2.1.3焊接材料的选用

1）首先应考虑母材强度等级与焊条强度等级相匹配和不同药皮类型焊条的使用特性；

2）考虑物件工作条件，几承受动载荷、高应力或形状复杂，刚性较大，应选用抗裂性能和冲击韧性好的低氢型焊条；

3）在满足使用性能和操作性能的前提下，应适当选用规格大效率高的铁粉焊条，以提高焊接生产效率。

2.1.4焊接设备：TIG焊机，MIG焊机或二氧化碳保护焊

2.2焊接倒角形式

工件厚度大于6毫米对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿应开切V型或X型坡口，焊接殷钢材料角度а为60~120°，焊接殷钢时选用坡口大角度，保证焊接金属良好的流动。

图2(a)直边缝；(b)单边V形坡口；(c)V形坡口；(d)U形坡口；(e)K形坡口；(f)X形坡口

焊接后局部采用增加工艺样板的方法，检查拼接型板的准确程度，在型板上增加工艺基准定位线。

2.3型板焊接

型板焊接时应先对各坡口进行打磨，待型板坡口漏出金属色后再开始焊接，由于后期需要对焊接好的型板进行加工，所以焊接方式的选择及焊接过程的处理对后期型板加工尤为重要。

通过实验，型板气密焊接全部采用氩弧焊（TIG）时，焊接严格按操作规程焊接，以及严格按操作规程再焊接过程中处理焊缝，型板不会出现漏气，但是缺点是焊接效率低，最大速度1m/min，焊接深度1mm，对于20mm厚板料，焊接25层左右，连续焊接，需焊接最快1小时完成，对于超大型复材成型模具型板，焊缝最少122米，型板的焊接一天按8小时有效焊接时间计算，最快需焊接16天时间（按24小时安排焊接，5各焊工，4班倒），焊缝质量控制难度大，焊接区域容易变形，有可能出现焊接缺陷，后期修复困难。因此为保证高效率焊接且不漏气的情况下，第一层焊接采用Tig焊，然后选择多层多道焊，Tig焊接是为了保证不漏气，多层多道焊是为了提高焊接效率。多层堆积焊接时，每层间焊后应打磨焊接区及两侧焊接坡口面，漏出金属本色，如发现缺陷时及时磨开补焊。焊接应严格按工艺提供顺序焊接，以减少应力、变形的产生。

3加工效果及结论

型板按照上述方案进行焊接，能够较好的控制型板在焊接过程中的变形，为后续型板与框架的焊接，型板的加工奠定了夯实的基础。只有采用了合理的型板焊接方案，才能使大型复合材料工装的加工满足设计的精度要求。

参考文献：

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