孟 強(qiáng) 楊立合 鄭 莉 劉 濤 秦 瑜 王 超

退火次數(shù)對前封頭殼體焊縫組織與力學(xué)性能的影響

孟 強(qiáng) 楊立合 鄭 莉 劉 濤 秦 瑜 王 超

（西安長峰機(jī)電研究所，西安 710065）

開展了前封頭殼體焊縫單獨(dú)退火與整體退火兩種工藝試驗(yàn)研究，分析了退火次數(shù)對焊縫組織、力學(xué)性能及殼體變形的影響，對比了焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率及成本。試驗(yàn)結(jié)果表明：退火次數(shù)對焊縫組織的影響不大，對焊接接頭機(jī)械性能的影響可以忽略。對比焊縫單獨(dú)退火工藝，連續(xù)焊接整體退火工藝更優(yōu)，能夠保證前封頭殼體焊接質(zhì)量，焊接生產(chǎn)效率提高了100%，每件產(chǎn)品節(jié)約生產(chǎn)成本140元，同時降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。

退火次數(shù)；前封頭殼體；顯微組織；力學(xué)性能

1 引言

某型號發(fā)動機(jī)前封頭殼體經(jīng)多條焊縫焊接而成，該型號產(chǎn)品批產(chǎn)任務(wù)量逐年增大，要求開展前封頭殼體焊接工藝技術(shù)研究，保證產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到降本增效目的。通過開展前封頭殼體焊縫焊后退火與連續(xù)焊接整體退火兩種技術(shù)方案，對比產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、成本，優(yōu)選了焊接工藝過程。

2 焊接質(zhì)量要求

圖1 前封頭殼體結(jié)構(gòu)

前封頭殼體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由連接環(huán)、連接座、本體和測壓嘴四部分零件分三次焊接而成。

前封頭殼體材料為45CrNiMo1VA，是仿照ladish公司生產(chǎn)的D6AC鋼研制的低合金超高強(qiáng)度鋼，該鋼綜合性能優(yōu)良，具有良好的強(qiáng)韌性[1]，焊接、熱處理、退火機(jī)加性能優(yōu)越，在固體火箭發(fā)動機(jī)殼體方面應(yīng)用尤為廣泛，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天、軍工、機(jī)械制造等領(lǐng)域[2]。45CrNiMo1VA超高強(qiáng)度鋼化學(xué)成分見表1。

表1 45CrNiMo1VA鋼化學(xué)成分 %

焊接質(zhì)量要求如下：

a．連接環(huán)與連接座采用電子束焊焊接，焊縫質(zhì)量滿足QJ972—86《電子束焊接技術(shù)條件》Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)要求。

b．連接環(huán)與本體采用自動氬弧焊焊接，焊縫質(zhì)量滿足QJ175—93《超高強(qiáng)度鋼熔焊通用技術(shù)條件》Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)要求。

c．測壓嘴與本體采用手工氬弧焊焊接，焊縫質(zhì)量滿足QJ175—93《超高強(qiáng)度鋼熔焊通用技術(shù)條件》Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 工藝試驗(yàn)

3.1 工藝方案1

圖2 方案1工藝流程

前封頭殼體每條焊縫焊后均退火1次，再淬火、回火，工藝流程見圖2。

3.2 工藝方案2

前封頭殼體連續(xù)焊接整體退火，再淬火、回火，工藝流程見圖3。兩種方案的退火制度均為：真空退火爐加熱至700℃保溫2h，隨爐冷至150℃以下出爐空冷。

圖3 方案2工藝流程

3.3 試樣加工

采用電子束焊與氬弧焊方法、與前封頭殼體相同的焊接工藝參數(shù)焊接試件，熱處理試件后，取焊接接頭拉伸試樣、彎曲試樣和金相試樣，試樣狀態(tài)及取樣數(shù)量見表2。

表2 試樣狀態(tài)及取樣數(shù)量

4 試驗(yàn)結(jié)果分析對比

4.1 顯微組織

45CrNiMo1VA鋼電子束焊后不同次數(shù)退火+淬火+回火焊縫金相組織形貌見圖4～圖6。由圖4～圖6可以看出，不同次數(shù)退火（1次、2次、3次）+淬火+回火后，焊縫區(qū)均為粗大的針狀馬氏體和貝氏體組織，熱影響區(qū)均為粗大的針狀馬氏體。對比1次、2次、3次退火后焊縫的組織形貌，各對應(yīng)區(qū)域的組織基本相同。這說明退火次數(shù)對焊縫組織的影響不大，主要是由于退火溫度不夠高，時間不夠長，不足以對焊縫組織產(chǎn)生明顯影響。

圖4 焊縫宏觀組織形貌

圖5 焊縫區(qū)組織形貌

圖6 熱影響區(qū)組織形貌

4.2 機(jī)械性能

a．電子束焊焊接接頭拉伸與彎曲性能。兩種方案的電子束焊焊接接頭拉伸及彎曲性能數(shù)據(jù)見表3。

表3 兩種方案焊接接頭拉伸及彎曲性能

由表3可以看出，兩種方案的電子束焊焊接接頭抗拉強(qiáng)度、彎曲性能均在指標(biāo)范圍內(nèi)，均合格，證明不同退火次數(shù)對電子束焊焊接接頭拉伸與彎曲性能的影響可以忽略。

b．氬弧焊焊接接頭拉伸與彎曲性能。兩種方案的氬弧焊焊接接頭拉伸及彎曲性能，數(shù)據(jù)見表4。由表4可以看出，兩種方案的氬弧焊焊接接頭抗拉強(qiáng)度、彎曲性能均在指標(biāo)范圍內(nèi)，均合格，證明不同退火次數(shù)對氬弧焊焊接接頭拉伸與彎曲性能的影響可以忽略。

表4 兩種方案焊接接頭拉伸及彎曲性能

4.3 殼體變形

a．兩種方案前封頭殼體焊后長度對比見表5。

表5 兩種方案前封頭殼體焊后長度

由表5可見，方案1和方案2實(shí)施后，前封頭殼體焊后長度偏差不大，焊接收縮量差異不大。兩種方案前封頭殼體焊后長度均能滿足后續(xù)機(jī)加工需求。

b．方案1連接環(huán)與本體焊接退火后，與方案2連續(xù)焊接整體退火后，檢驗(yàn)人員均采用型面檢驗(yàn)樣板檢連接環(huán)與本體焊縫兩側(cè)型面，經(jīng)檢驗(yàn)，型面無變形，檢驗(yàn)結(jié)果合格。

4.4 生產(chǎn)效率及成本

表6 兩種方案前封頭殼體焊接生產(chǎn)效率

兩種工藝方案前封頭殼體焊接生產(chǎn)效率見表6，對比方案1，方案2焊接生產(chǎn)效率提高100%。對比方案1，方案2每件產(chǎn)品節(jié)約設(shè)備能耗成本140元，見表7。

表7 方案2節(jié)約成本

5 結(jié)束語

針對前封頭殼體焊接兩種工藝方案進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，研究、分析、對比試驗(yàn)結(jié)果，得到以下結(jié)論：

a．退火次數(shù)對焊縫組織的影響不大；

b．退火次數(shù)對焊接接頭機(jī)械性能的影響可以忽略；

c．對比方案1，方案2連續(xù)焊接整體退火的工藝方案更佳，焊接生產(chǎn)效率提高100%，每件產(chǎn)品節(jié)約生產(chǎn)設(shè)備能耗成本140元，同時降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。

1 柳燕，姜華，錢曉亮，等. D6AC低合金超高強(qiáng)度鋼的MAG焊接頭組織與性能分析[J]. 國防制造技術(shù)，2013(3)：46～48

2 趙宇迪，王靜薇. D6AC超薄燃燒室殼體數(shù)控旋壓成型工藝研究[J].航天制造技術(shù)，2012(6)：50～52

Effects of Annealing Times on Microstructure and Mechanical Properties of Front Dome Shell Welds

Meng Qiang Yang Lihe Zheng Li Liu Tao Qin Yu Wang Chao

(Xi’an Changfeng Research Institute of Mechanism and Electricity, Xi’an 710065)

In the paper, the welds of front dome shell were separately annealed and integrally annealed, these were studied by two process experiments. The effect of annealing times on microstructure, mechanical properties of joints and deformation of shell have been analyzed. The welding quality, the production efficiency and the cost were contrasted. The result revealed that annealing times had little effect on weld microstructure. The effect of annealing times on mechanical properties of joints could be ignored. Compared with separate annealing process, the process of continuous welding and integral annealing was better. It can guarantee the quality of welding for front dome shell. The production efficiency of welding was increased by 100%, meanwhile, the cost of per product was saved 140 yuan, and the labor intensity of operators was reduced.

annealing times；front dome shell；microstructure；mechanical properties

孟強(qiáng)（1985），碩士，材料加工工程專業(yè)；研究方向：航天發(fā)動機(jī)焊接技術(shù)。

2019-12-01