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=70～80A；焊接速度V=0.10～0.12m/min；正面气流量且Ar=800～1000mL/s；背面气流旦Ar=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=60～70A

②焊接速度V=0.08～0.10m/min

③正面气流量Ar=700～1000mL/s

④背面气流量Ar=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。

参考文献

[1]高大新，于有生，段爱琴.CO 2激光焊接TC4熔池红外光辐射信号与焊接参数的关系[J].航空制造技术，2011（18）.