1Cr18Ni9Ti不锈钢薄壁管氩弧焊焊接变形的工艺控制方法研究

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　　摘  要：文章通过控制变量法改变1Cr18Ni9Ti薄壁管氩弧焊的焊接电流、起弧电流、芯棒长短、定位点数以及起弧点位置等参数进行试验，找出影响薄壁管焊接变形的因素及其影响规律，并提出工艺改进的建议。实验表明：降低起弧电流，选取1点定位，定位点对面起弧的方法，并选用短芯棒可减小焊接变形量，焊接电流对变形影响不大。
　　关键词：薄壁管;焊接变形;氩弧焊焊接;同轴度
　　中图分类号：TG444.74 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）11-0110-03
　　Abstract： In this paper， the control variable method is used to change the welding current， arc initiation current， mandrel length， positioning point and arc starting point of argon arc welding of 1Cr18Ni9Ti thin-walled pipe， the factors and rules affecting the welding deformation of thin-walled pipe are found out， and some suggestions for process improvement are put forward. The experimental results show that the method of reducing the arc current， selecting 1 point positioning， arcing opposite the positioning point， and selecting short mandrel can reduce the welding deformation， and the welding current has little effect on the deformation.
　　Keywords： thin-walled pipe; welding deformation; argon arc welding; coaxiality
　　引言
　　不銹钢由于其良好的高温抗氧化性、热稳定性、易加工成形和优良的抗腐蚀性，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶等领域[1-2]。薄壁类零件产品因重量轻、节省材料、结构紧凑等特点在航空领域，被大量采用[3]。为保证焊接强度，不锈钢薄壁类零件经常采用氩弧焊焊接成形，但采用该焊接方法焊接时焊接变形大，影响后续的装配使用，严重的会造成报废[4]，目前虽然可通过焊后校形的方式减小变形[5-7]，但该方式对焊缝结构造成损伤，有可能降低结构的承载能力，严重的会引起事故。因此研究和掌握不锈钢薄壁类零件氩弧焊焊接变形的影响因素和规律对控制焊接变形具有十分重要的意义。本文结合生产对氩弧焊的工艺参数进行优化实验，以期采取有效措施解决薄板焊接变形的问题，以对后续的生产提供试验和理论支撑。
　　1 试验设备及材料
　　试验选用手工氩弧焊机定位，自动氩弧焊机环焊一圈的方式对试验件进行焊接，试验件结构见图1，由防护套和接管嘴组成，焊接接头形式为搭接，材料均为1Cr18Ni9Ti，接管嘴厚度为0.65mm，防护套厚度为0.7mm。通过检测氩弧焊后试样的同轴度，来观察焊接变形的大小。
　　2 结果与讨论
　　2.1 焊接电流、起弧电流和芯棒长短对焊接变形的影响
　　通过汇总分析前期生产数据，发现影响焊接变形的主要因素是焊接电流、起弧电流和芯棒长短，本次收集焊接后的同轴度来评价焊接变形的影响。试验通过控制变量法进行试验寻找影响同轴度的主要因素，并加以研究以提升同轴度的合格率水平。第一次共进行了6组试验，每组试验24根试验件，分别改变焊接电流、起弧电流和芯棒长度，其他参数焊接参数固定（详见表1），通过统计产品合格率来研究同轴度的变化规律。试验参数及结果见表2，试验表明，上述三个因素对焊接同轴度都有一定的影响，相比之下，起弧电流对焊接同轴度的影响更加明显，芯棒长短影响次之，焊接电流基本无影响。
　　 2.1.1 焊接电流对焊接同轴度合格率的影响
　　比较第一次试验中第①、③、⑥三组试验结果，其他参数固定的情况下，随着焊接电流的减小，产品合格率无明显变化规律。分析认为，试样由薄壁管环焊一圈而成，在整个一圈的焊接过程中，电弧的运动轨迹是相对对称的，焊接电流工作时的热输入导致的热变形相互抵消，故而降低焊接电流，对环焊缝变形量影响不大。
　　2.1.2 起弧电流对焊接同轴度合格率的影响
　　比较第一次试验中第②、③、⑤三组试验结果，其他参数固定的情况下，随着起弧电流的减小，产品合格率明显上升。分析认为，由于焊接时起弧点处焊接停留时间相对较长，导致试验件产生变形，偏向起弧处。再经过一圈对称变形焊接后，试样最终会偏向起弧点处变形。故而起弧电流越大，变形量也就越大，从而导致合格率降低。
　　2.1.3 芯棒长短对焊接同轴度合格率的影响
　　比较第一次试验中第③、④三组试验结果。其他参数固定的情况下，使用短芯棒焊接后产品合格率大于长芯棒。试验中通过对芯棒同轴度进行检测，发现随着焊接次数的增加，芯棒自身同心度变大。分析认为，芯棒长短对焊接合格率的影响原因，主要是由于芯棒与焊接件配合间隙小，在持续焊接变形过程中，变形相叠加，变形量会越来越大。当试样与芯棒的配合长度较长，试样受芯棒刚性约束大，试样的变形受长芯棒自身变形量的影响较大，而配合间隙短时，试样的变形量受芯棒影响会变小。所以批量生产后，使用短芯棒的合格率相对较高。 　　2.2 定位点数、起弧位置对同轴度的影响
　　为进一步提升焊接的同轴度合格率水平，继续对1Cr18Ni9Ti薄壁管氩弧焊焊接的定位点数以及起弧位置进行研究，通过正交试验，探索最佳工艺方法提升焊接的同轴度水平。在正交试验中，每组5个零件，通过改变定位点数和起弧位置，每个因素选择两个水平，其他焊接参数固定（具体见表3），进行试验，试验结果见表4。
　　 试验发现，当降低起弧电流选用短芯棒焊接后，试验件同轴度合格率均为100%，图2显示了定位点数、起弧位置对同轴度水平的影响，从图中可以看出：（1）在低点起弧时，定位点数对同轴度的影响不大;（2）在低点起弧时焊接件的同轴度水平要小于高点起弧，且同轴度水平相对较稳定。分析认为，低点起弧的试验件同轴度水平较高且相对比较稳定，在最低点起弧，相当于运用反变形法[5-7]，减小试样的变形，从而提高同轴度水平。基于三点定位后试验件的最高点和最低点没有任何规律，但一点起弧的试样最低点基本与定位点对称，考虑到实际操作的生产效率，建议选取1点定位，低点起弧的方式。
　　3 结束语
　　（1）起弧电流、起弧位置、定位点数以及芯棒长短对薄壁管氩弧焊环焊缝焊接变形均有一定的影响，但起弧电流影响最大，定位点数影响最弱。
　　（2）针对1Cr18Ni9Ti薄壁管氩弧焊环焊缝焊接过程，建议选用短芯棒，采用手工氩弧焊机1点定位，再利用自动氩弧焊机采用定位点对面起弧的方式，在满足焊缝熔深的前提下，尽量选用低起弧电流进行焊接。
　　参考文献：
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