变极性等离子弧自动焊接技术在大型密封结构焊接中的应用

《变极性等离子弧自动焊接技术在大型密封结构焊接中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航天器环境工程第28卷第6期636SPACECRAFTENVIRoNMENTENGINEERING20ll{{i12』】变极性等离子弧自动焊接技术在大型密封结构焊接中的应用姜坤，杨颂华，杜会桥，祁俊峰，张铁民(北京卫星制造厂，北京100190)摘要：文章简要介绍了变极性等离子弧焊接技术在国内外的发展状况以及新一代大型载人航天器密封舱体的结构和材料焊接特点，对变极性等离子弧焊接技术的工程化应用难点进行了分析，并提出关键工艺解决措施。通过研究和试验验证表明，采用变极性等离子弧焊接技术是解决中厚度铝合金焊接结构最好的工艺方案之一；对变极性等离子弧自动焊接技术的应用前景进行了展望。关键词

2、：大型载人航天器；密封舱体；变极性等离子弧焊接中图分类号：V261．3+4文献标识码：A文章编号：673-1379(2011)06-0636-04DoI：10．3969／j．issn．1673-1379．2011．06．0270引言变极性等离子弧焊接(简称VPPAW)技术是一种先进的高效焊接方法，也是国际宇航制造领域普遍采用的适合铝合金焊接的技术。具有焊缝质量好、焊后变形小、生产效率高等特点【l】。等离子弧能量集中、温度高，焰流速度大，焊后形成的焊缝比普通交流方波的钨极氩弧焊窄，有“零缺陷”焊接方法的美誉。与激光焊和电子束焊相比，在设备造价、维护费用、设备操作复杂程度以及焊枪运动

3、灵活性方面，变极性等离子弧焊接具有明显的优势。VPPAW技术在国外航天领域已得到普遍应用。20世纪90年代初，美国波音公司采用此工艺方法焊接空间站铝合金密封结构，2080m长焊缝全部实现了“零缺陷”。意大利Alenia公司生产的国际空间站哥伦布舱、节点2、节点3、带有8个舷窗的观察舱、多功能后勤补给舱等也均采用了变极性等离子弧自动焊接技术。美国航天飞机约90％的外贮箱焊缝均采用了VPPAW方法【21。根据国外的应用实践，我国对新一代大型载人航天器密封结构开展了VPPAW的工艺研究。下面将重点介绍VPPAW实施工艺措施及应用效果。1VPPAW技术应用分析1．1产品特点新一代载人航天

4、器的密封舱体采用铝镁系合金板焊接结构，与载人运输飞船密封结构相比，具有以下特点：1)材料为非热处理强化铝合金，焊缝中气孔和夹杂仍难以控制；2)结构形式复杂，装配关系多，刚性强弱差异突出；3)焊缝数量多、焊缝几何形状复杂；4)焊口处附近内、外均分布有加强筋，与焊口处距离较近，导致焊接空间狭小、相邻焊缝间距离较短：5)尺寸大且精度要求高，并要求保证在轨的尺寸稳定性和一致性；6)在轨寿命长，对结构的密封性能和质量可靠性要求高。1．2VPPAW技术应用难点针对新一代载人航天器密封结构，实现VPPAW技术应用主要存在以下难点：1)由于舱体结构尺寸大、结构刚性差异较大、各个零件的尺寸偏差和变

5、形累积等因素的影响，容收稿日期：2011-ll—02；修回日期：2011．11．18基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：姜坤(197l一)，女，硕士学位，高级工程师，目前从事航天器结构焊接技术研究。E-mail：jiangk529@sohu．com。第6期姜坤等：变极性等离子弧自动焊接技术在大型密封结构焊接中的应用637易导致10m多长的环形焊口产生错边和间隙。而VPPAW技术对装配间隙和错边比较敏感，容易出现切割而难以实施自动焊接。2)焊接空间狭小，工艺装备的支撑、压紧均难以实施，焊枪的运动也受到限制。3)采用变极性等离子弧穿孔焊接方法焊接环形焊缝时，收弧处出现孔洞或焊缝成

6、形不良、内部存在密集气孔，导致焊缝质量无法保证。2vPPAw实施的关键控制措施在上述分析的基础上，重点研究VPPAW的封闭环形焊缝的成形、焊缝质量和变形控制措施，从焊前被焊接件装配精度的控制、封闭环形焊缝起弧收弧控制和工艺装备的等刚性设计等方面，介绍VPPAW实施的工艺方法。2．1焊前装配精度的控制用变极性等离子弧进行穿孔垂直焊接时，由于熔池上部间隙中的气氛侵入到电弧气氛中，使得电弧的稳定性降低；同时侵入的气氛又对熔池液态金属氧化并在其表面形成氧化膜，从而降低了流动性，使得小孔收缩困难，稳定性降低。错边或间隙过大时将容易发生切割而无法成形。在焊接中，要保证10m多长环形焊缝在焊前

7、的对接间隙和错边量的均匀非常困难。为了保证焊前装配精度，采取以下控制措施：1)控制零件的尺寸精度；2)控制简体对接处圆度：3)控制零件装配的对中：4)合理选择焊接顺序；5)采用工艺装备控制对接间隙和错边量。2．2起弧和收弧控制措施1)起弧控制起弧阶段穿孔熔池的可靠建立是铝合金变极性等离子弧焊的关键。因此需要开展穿孔熔池建立的工艺参数研究。穿孔前液态金属上翻扰动严重，常发生双弧现象，甚至造成熔池金属与喷嘴短路，易使随后的焊缝不愈合而形成切割。与穿孔相关的主要参数有预热时间、上升时间