发动机中焊接类机匣焊接的裂纹控制

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摘 要：焊接类机匣是发动机中的重要组成部分,某型号发动机中此类焊接机匣在焊接延迟之后会发生裂纹现象.本文主要针对该问题进行了整体性分析,通过对材料以及工艺进行研究,提出了针对工艺方案的调整意见,对焊接后的延迟裂纹现象予以控制.

关 键 词：裂纹；控制；焊接机匣

中图分类号：TG40文献标识码：A

马氏体不锈钢在发动机中的应用极为广泛,以其高硬度以及高强度的特点在发动机的焊接中发挥着重要的作用,并且其硬度会随着合金中的含碳量的升高而升高.某发动机某焊接机匣采用该材料,主要结构有扇形件、外壳体、内壳体等,通过焊接的方式组合而成.其内外扇形件共八个,由四十八条氩弧焊缝联结而成.整个铸件壳体内以及焊缝、焊接的热影响区在加工时均会发现裂纹现象.该组件一直以来的合格率仅为一成,这在工艺改进前无疑是浪费了大量的材料以及人力物力,同时也对生产进度造成了不利影响.相关技术人员也一直都致力于突破这个技术上的瓶颈.

1焊接和热处理工艺流程

1.1主要工艺

在对此焊接机匣组件进行装配以及焊接时,主要流程包括：配套一酸洗一氩弧焊,X光检测,吹砂,氩弧焊,荧光检测一热处理（除焊接应力）一荧光检测一车加上一精车一钻.镗孔一磁力探伤一终检.

由于八条氩弧焊缝存在于内外扇形件每个支板上,因此对组件焊接后消除焊接应力热处理之前要进行氩弧焊三次、X光检测两次以及荧光检测一次.

1.2主要问题

铸件的壳体以及焊缝和热影响区在无损探伤时会发现裂纹的存在,整个组件的加工中磁力探伤发现的裂纹最明显.由于车工尺寸以及孔的尺寸和位置等因素使得不能对裂纹进行补焊,这种处理方式会令零件变形.

2技术工艺

2.1焊接性

马氏体不锈钢的焊接问题主要是接头处的脆化以及冷裂纹现象.冷裂纹产生的基本原因就是材料的淬硬性,焊接的接头含碳量越大,接头材料的厚度以及拘束度就越大,相应的冷裂倾向就会越大.并且,马氏体不锈钢在导热性能上的能力不是很突出,所以焊接后的参与应力释放较慢,加之在空气中氧气的作用下,会出现更加明显的冷裂倾向.

冷裂纹出现的另一个重要影响因素是焊接的生产条件.码是不锈钢的晶粒粗化现象较为显著,当冷却的速度过慢时,在焊接的近缝区很容易出现碳化物组织,从而使得焊缝的韧性以及塑形下降.但是冷却速度又不能过大,过大的冷却速度会导致马氏体组织过于粗大,同样会令韧性以及塑形下降.因此,对于焊接的冷却速度的控制一定要保证精准.

2.2工艺特点

（1）焊料的确定

为了使焊缝的性能能够符合要求,在焊接时使用的焊丝应当尽量保证质量相同,或者直接使用母体的本体进行焊接.而为了避免冷裂的出现,在焊接时使用的焊丝可以用奥氏体钢,但是奥氏体组织在强度上要低于马氏体不锈钢,所以焊缝的成分就会在强度上相对较低.所以在焊接时可以采用母材做焊接材料或是tilCrl2Ni3M02CoVA.

（2）热处理相关问题

预热是防止冷裂纹产生以及硬脆现象出现的有效举措,预热温度并非是固定不变的,应当根据钢的淬硬倾向以及需要焊接材料的厚度的改变而改变,范围在150-300℃之间.

对于HAZ以及焊缝可以通过焊后热处理对延迟现象以及焊缝性能加以改善,而加热的温度通常在650℃～655℃.焊接之后的快速高温回火可以令延迟裂纹现象大大改善.回火的温度控制十分重要,过高的温度会造成再次淬硬,而过低则得不到预想的效果.

3解决途径

为防止裂纹,整个焊接首先采用如下规范参数：焊接电流I等于70～80A；焊接速度V等于0.10～0.12m/min；正面气流量且Ar等于800～1000mL/s；背面气流旦Ar等于400～600mL/s.结果扇形件中EU93212A壳体出现裂纹.产生裂纹的原因主要为：①零件：参数不符合规定.焊接速度以及焊接电流偏大会导致焊接线能量过大,这就会造成HAZ以及焊缝附近温度不均匀分布,局部应力分布过于集中.②焊后热处理不及时.由于零件焊接后需要进行2次X光,1次荧光,零件焊接后术及时进行回火处理,致使零什可能产生延迟裂纹.③零件焊前未进行预热,焊后未进行相应的保温措施.因马氏体钢焊前需预热150～300℃,一般在200℃左右,焊后如果冷却速度较大,则会产生粗大的马氏体组织,同时焊缝的塑性和韧性也要下降.④清理不彻底.母材以及焊丝应当进行彻底清理,表面存在有参与的脏物和油污,夹具的表面也不清洁.

（1）采用焊接参数

①焊接电流I等于60～70A

②焊接速度V等于0.08～0.10m/min

③正面气流量Ar等于700～1000mL/s

④背面气流量Ar等于400～600mL/s

（2）调整焊后热处理与X光顺序

工艺顺序调格为：配套一酸洗一氩弧焊一热处理一X光检测—荧光检测—吹砂—荧光检测—车加工一精车一钻、镗孔一磁力探伤一终检.其中,在焊接工序一次将8个扇形件所有焊缝全部焊完,在8个小时内必须进行热处理,再进行X光检测和荧光检测工序.

（3）减缓焊后冷却速度

每一条焊缝焊完后,守即用石棉布将焊缝包紧,减缓焊后冷却速度,防止产生粗大马氏体组织,保证焊缝的塑性和韧性不下降.

（4）清洁焊接材料

对母体待焊接区、焊丝进行清洗,除去母材、焊丝待焊接处的氧化皮、油物及水分.对焊接上的装夹零件面用煤油清洗后凉干.

4结论

焊接马氏体钢材及同类材料时,应注意以下几个方面：

（1）应尽量选用小电流、慢速度的焊接参数,尽量减少焊接线能量,降低焊缝及HAZ附近区域温度场,避免局部区域应力集中.

（2）焊接后应及时进行焊后除应力,尽可能减少焊后放置时间.

（3）零件焊前尽可能进行预热,焊后进行相应的保温措施.

（4）对焊接材料、母材和工装夹具进行严格清理,去除表面水分,氧化物、油污,并使用同质焊丝焊接.