本發(fā)明屬于飛機(jī)設(shè)備檢測，涉及一種異形大直徑鈦合金薄壁管組件焊接工裝組及焊接方法。

背景技術(shù)：

1、焊接變形是航空制造業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的問題。當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)中的變形超過安全極限時(shí)，會發(fā)生零件錯(cuò)位，往往會帶來裝配過程中尺寸不準(zhǔn)確等制造問題。目前，母材為鈦合金的異形大直徑薄壁管組件一般包括直管、彎管、焊接在管壁外的子件和焊接在兩端管口的凸接頭，其焊接過程中，因焊接產(chǎn)生的高熱量導(dǎo)致管組件管壁變形、焊漏無法矯正，造成管組件較高的報(bào)廢率及較長的校形時(shí)間。其主要原因在于焊接管組件中有大量的角片、底座、接嘴等子件需要和管壁焊接在一起，子件和管體屬于不等厚度焊接，同時(shí)焊接熔池的溫度較高，焊接電流較大，管壁較薄，焊接產(chǎn)生的熱量分布不均勻，焊接過程中易產(chǎn)生焊漏等缺陷，并會導(dǎo)致管壁變形塌陷、管組件上的焊接子件下沉現(xiàn)象出現(xiàn)，焊縫冷卻后存在較大的殘余應(yīng)力會產(chǎn)生不可控的焊接變形，并且后期無法矯正，導(dǎo)致焊接管組件報(bào)廢。其次，因缺少合適的充氬工裝對管壁內(nèi)部的焊縫進(jìn)行直接有效的氣體保護(hù)，也會導(dǎo)致焊接管組件因氧化變色導(dǎo)致拒收。同時(shí)，因缺少合適的焊前清理方法，會導(dǎo)致鈦合金焊接后，x光檢測合格率偏低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種異形大直徑鈦合金薄壁管組件焊接工裝組及焊接方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種異形大直徑鈦合金薄壁管組件焊接工裝組，所述的焊接工裝組包括直管焊接工裝、焊接拖罩、焊接輔助工裝、定位焊檢驗(yàn)工裝和熱處理保型工裝。

4、所述的直管焊接工裝包括底座、銅管a、壓緊框架、快卸插銷、壓緊螺栓和壓塊；所述的底座包括兩側(cè)的支腳和固定在兩支腳頂部之間的橫梁，橫梁上表面為弧面，弧面中部沿橫梁長度方向設(shè)一排通氣孔，待焊接的直管坯料環(huán)繞在橫梁上，焊道與通氣孔緊密貼合；所述的銅管a與通氣孔相連通，銅管a通過軟管連接氬氣瓶，用于焊接時(shí)通氬氣保護(hù)；所述的壓緊框架為門型框，共設(shè)結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)，兩個(gè)壓緊框架沿橫梁長度方向布置在橫梁上方，其兩端通過快卸插銷可拆卸的固定在橫梁的兩端端面處，且兩個(gè)壓緊框架對稱布置在通氣孔的兩側(cè)，兩個(gè)壓緊框架的頂面沿長度方向穿過有若干個(gè)壓緊螺栓，并螺紋配合；所述的壓塊為條形，共設(shè)兩個(gè)，分別固定連接在兩個(gè)壓緊框架上壓緊螺栓的底部，擰轉(zhuǎn)壓緊螺栓調(diào)節(jié)壓塊高度，將待焊接的直管坯料壓緊在橫梁上，防止焊道附近的變形。

5、所述的焊接拖罩包括卡箍、罩體、充氬孔和出氣孔。所述的罩體為封閉殼體，其上表面設(shè)置充氬孔，下表面密布若干出氣孔，罩體一端固定有卡箍，用于固定焊槍，充氬孔通過軟管與氬氣瓶連接，焊接時(shí)出氣孔與焊縫緊密貼合，通入氬氣進(jìn)行焊道保護(hù)，防止正面焊縫氧化。

6、所述的焊接輔助工裝包括殼體、斜楔組件、漲瓣組件、螺桿組件、軸承、堵塞、堵頭、銅管b、壓板、滾花高頭螺釘；所述的螺桿組件包括內(nèi)部的螺桿及套在螺桿外的柱狀殼體，螺桿為前端制外螺紋的光桿，柱狀殼體后端端部安裝有軸承，與螺桿后部過盈配合，柱狀殼體前端端面中心制有螺紋通孔，與螺桿頭部外螺紋配合，轉(zhuǎn)動螺桿后端調(diào)節(jié)螺桿頭部伸出柱狀殼體的長度；所述的殼體為圓柱形，其后端面與螺桿組件中的柱狀殼體前端面固定連接并同軸，殼體后端面中心制通孔，用于螺桿穿過，殼體的側(cè)壁上均勻分布有多個(gè)鏤空，用于置入漲瓣組件；所述的斜楔組件為圓柱形塊體，其置于殼體內(nèi)且其后端與螺桿前端轉(zhuǎn)動配合，使斜楔組件能夠隨螺桿前后移動且自身不轉(zhuǎn)動，斜楔組件側(cè)壁沿周向制有多個(gè)向前端傾斜的斜面，斜面數(shù)量及位置與殼體上的鏤空對應(yīng)，每個(gè)斜面上均固定連接有t型滑塊，且t型滑塊頂面與斜面平行；所述的漲瓣組件共有結(jié)構(gòu)相同的多個(gè)，一一對應(yīng)置于殼體鏤空處，漲瓣組件外表面呈弧形并使用銅板包覆，所有漲瓣組件外表面共同組成圓形外輪廓，漲瓣組件內(nèi)表面均制斜面，斜面處制有沿前后方向布置的t型滑槽，與斜楔組件斜面上的t型滑塊滑動配合，并避免漲瓣組件脫出，斜楔組件隨螺桿前后移動，漲瓣組件在斜楔組件的推拉作用下使其外徑增大或縮??；所述的堵塞外徑與直管內(nèi)徑配合，用于封閉一側(cè)管口，其中心制通孔，穿在螺桿組件的柱狀殼體外并滑動配合，使堵塞能夠在柱狀殼體上調(diào)整位置，堵塞遠(yuǎn)離殼體的一端沿周向設(shè)凸臺，臺肩與管端面貼合，凸臺上沿圓周均布有多個(gè)壓板，壓板上沿軸向設(shè)置有滾花高頭螺釘，擰動滾花高頭螺釘，通過壓板將管口壓緊在堵塞上，堵塞端面上制有一通孔，通孔內(nèi)安裝銅管b，用于向管內(nèi)通入氬氣；所述的堵頭與堵塞結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于中心處未設(shè)通孔且未設(shè)銅管b，堵頭用于封閉另一側(cè)管口，堵頭的凸臺上亦設(shè)壓板和滾花高頭螺釘，用于將管口壓緊在堵頭上；堵塞與堵頭配合，使管體形成一個(gè)封閉腔。使用時(shí)，殼體一端伸入直管中子件焊接位置，擰轉(zhuǎn)螺桿后端使斜楔組件前移，推動漲瓣組件使其外徑增大至銅板與管組件內(nèi)壁貼合，從而達(dá)到支撐焊接子件并導(dǎo)走背面焊縫多余熱量的效果，防止子件經(jīng)焊接后塌陷變形。

7、所述的定位焊檢驗(yàn)工裝包括底板、直管支撐組件、子件定位組件和管口定位組件；所述的底板中部固定連接有直管支撐組件，其包括多個(gè)豎直放置的支撐板，支撐板上端面呈弧形，用于水平放置并支撐焊接管組件中的直管；所述的管口定位組件共兩個(gè)，分別固定連接在底板的兩端，管口定位組件上端為呈圓盤狀的管口定位器，一側(cè)的管口定位器端面垂直于水平面，用于定位管口或?qū)⑼菇宇^定位支撐在管組件直管側(cè)的管口處，且支撐位置可調(diào)，另一側(cè)管口定位器端面與水平面呈一定角度，用于將另一凸接頭定位支撐在管組件彎管側(cè)的管口處或定位另一端管口，支撐位置亦可調(diào)，兩個(gè)凸接頭與管口定位后通過插銷固定位置實(shí)現(xiàn)夾緊；所述的子件定位組件數(shù)量與管組件上子件的數(shù)量對應(yīng)，其下端固定安裝在底板上，位置按子件在管組件上的位置確定，上端設(shè)子件定位器，子件定位器端部連接子件，并將子件定位壓緊在管組件外壁上，子件定位器支撐位置可調(diào)，調(diào)整到位后通過插銷固定。定位焊檢驗(yàn)工裝用于定位焊接子件及凸接頭，亦用于焊接及修配完畢后的校驗(yàn)。

8、所述的熱處理保型工裝整體外形按管組件內(nèi)形設(shè)置，用于熱處理時(shí)校正管壁上的焊接子件塌陷變形以及管口變形，熱處理保型工裝為拼裝結(jié)構(gòu)，包括直管部分和彎管部分，彎管部分沿軸線切分出中間的板狀組塊，兩側(cè)分別沿周向切分為兩塊彎管組塊，拼裝后均通過可拆卸螺栓固定。

9、本發(fā)明還提供一種異形大直徑鈦合金薄壁管組件焊接方法，基于上述焊接工裝組實(shí)現(xiàn)，所述的焊接方法包括如下步驟：

10、步驟1，準(zhǔn)備補(bǔ)彎曲完成的板狀直管坯料和兩個(gè)半弧形的彎管坯料，依次進(jìn)行修配、焊前清理，在直管焊接工裝上對直管坯料進(jìn)行定位焊，并將兩個(gè)半弧形彎管坯料通過定位焊初步固定。

11、步驟2，第一次焊接，分別完成直管焊接和彎管焊接：

12、利用直管焊接工裝進(jìn)行直管焊接，利用焊接拖罩完成彎管焊接，焊接參數(shù)：不同厚度的材料組合焊接時(shí)按薄板計(jì)算，焊接電流強(qiáng)度25～40a，焊絲材料為tc4直徑為1.0mm，鎢極直徑1.5mm，電弧電壓8～13v，焊縫正面氬氣流量為11～15l/min，焊縫背面氬氣流量為4～6l/min，焊接完畢后持續(xù)送氣40秒。

13、步驟3，檢查焊接后的直管和彎管焊接質(zhì)量，再依次進(jìn)行修配、焊前清理和定位焊。

14、步驟4，第二次焊接，利用焊接拖罩將直管與彎管焊接組合，焊接參數(shù)參照步驟2。

15、步驟5，利用定位焊檢驗(yàn)工裝檢驗(yàn)焊接后的直管彎管組件，再依次進(jìn)行x光檢測、酸洗、熒光檢測、修配，其中，x光檢測用于檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量，熒光檢測用于焊縫表面質(zhì)量。

16、步驟6，利用定位焊檢驗(yàn)工裝將子件定位在直管彎管組件上進(jìn)行定位焊，定位焊后將直管彎管組件從定位焊檢驗(yàn)工裝上取下，使用焊接拖罩配合焊接輔助工裝進(jìn)行第三次焊接，將子件焊接在直管彎管組件上，焊接參數(shù)參照步驟2。

17、步驟7，利用定位焊檢驗(yàn)工裝對管組件進(jìn)行焊檢，再依次進(jìn)行x光檢測、酸洗、熒光檢測和修配，修配后通過定位焊檢驗(yàn)工裝進(jìn)行檢驗(yàn)。

18、步驟8，利用定位焊檢驗(yàn)工裝將凸接頭定位在直管彎管組件兩端管口處并進(jìn)行定位焊，定位焊后將管組件從定位焊檢驗(yàn)工裝上取下，使用焊接拖罩進(jìn)行插焊，將凸接頭焊接在直管彎管組件上，焊接參數(shù)參照步驟2。

19、步驟9，利用定位焊檢驗(yàn)工裝進(jìn)行焊檢后進(jìn)行x光檢測。

20、步驟10，利用熱處理保型工裝完成管組件進(jìn)行熱處理：

21、將拆分后的熱處理保型工裝在管組件內(nèi)拼裝固定，與管組件內(nèi)壁貼合，采用真空熱處理方法，熱處理氣氛為氬氣，熱處理溫度480℃～650℃，保溫時(shí)間60min～360min，隨爐冷卻至100℃以下出爐空冷。

22、步驟11，利用定位焊檢驗(yàn)工裝進(jìn)行最終檢驗(yàn)。

23、本發(fā)明的有益效果在于：

24、本發(fā)明通過采用合理的焊接工藝參數(shù)，保證合適的焊接熱輸入，控制焊接變形。采用定位焊及檢驗(yàn)工裝，進(jìn)行子件的定位焊，并保證焊接件的位置度，零件焊接完畢或者焊接件修配完畢，均放置于此工裝上進(jìn)行校驗(yàn)。采用直管焊接工裝，進(jìn)行直管的定位焊及焊接，此工裝可有效控制直管的焊接變形及氧化變色。采用焊接拖罩，進(jìn)行子件焊接，主要是為了防止正面焊縫的氧化。子件焊接時(shí)，采用焊接輔助工裝，支撐焊接子件并導(dǎo)走背面焊縫多余熱量，防止子件經(jīng)焊接后塌陷變形，并有防止背面焊縫氧化的效果。使用熱處理保型工裝進(jìn)行焊接管組件的整體熱處理校型，同時(shí)制定合理的熱處理工藝參數(shù)，利用鋼的膨脹系數(shù)大于鈦合金的膨脹系數(shù)，通過熱脹形來進(jìn)一步校正焊接子件的塌陷變形。通過制定合理的焊接管組件制造工藝流程，來分散焊接異形大直徑鈦合金薄壁管組件產(chǎn)生的焊接變形。通過制定焊接件焊前清理方法和焊絲焊前清理方法，可以有效減少因焊接件和焊絲污染導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔等缺陷，進(jìn)而可以有效提高x光檢測合格率。本發(fā)明通過制定合理的焊接參數(shù)和焊接順序，合適的焊接工裝和焊接件及焊絲焊前清理方法，有效的控制了異形大直徑鈦合金薄壁管組件的焊接變形，解決了焊接氧化變色及x光檢測合格率偏低的問題。