薄壁细长杆类焊接件的工艺攻关及改进
作者：张光旭 王造琦 来源：《成功》2017年第33期
【摘 要】在生产加工中经常会遇到薄壁焊接筒类零件，此类零件由于壁薄并且较长给焊接和加工带来了一定的难度。找到一种方法、通过实例的焊接、机加工两部分入手，反复试验总结出一种适合薄壁细长杆类焊接件批量生产的工艺方案。 【关键词】薄壁焊接；工艺性 一、工艺性分析
此工件直径为φ58mm，总长为1082mm，长径比为18.65，壁厚为2.5mm，材质为不锈钢，如图1为典型的薄壁细长杆件类焊接零件。
1.机加工艺分析：该件为薄壁细长杆件，两侧外圆对基准A的同轴度是φ0.03mm，精度较高，车削加工时刀具给予工件的作用力极易导致其变形。单边厚度为2.5mm，材料刚性不足车、铣工序加工极易产生不能进刀现象和严重的表面问题。2.铆焊工艺分析：2.5mm长颈壁容易被焊液融穿。同时焊接区域的狭小，给清理焊渣带来困难，使得焊接容易产生夹渣现象。 二、方案实施
针对该工件的工艺特点和加工难点，制订如下加工方案：利用定位工装进行铆装，经试验后采用合理的焊接电流和分步焊接的方法进行焊接，利用多种特殊刀具及工艺装备对该件进行机械加工，采用合理的存放方式进行存放。具体方案介绍如下：
导气管加工工艺流程：钳装、氩焊、清理、校正、校直、打磨、X光探伤、车、划、铣、去毛、磷化、拉力实验。
1.导气管的铆焊。该件是由四个工件焊接而成，分别为块、接头、管。利用自制工装将块与管进行铆装。该工装由两部分组成，以管内孔及两侧端面为基准进行铆装。该工装的使用在保证了铆装位置正确的同时也确保接头一侧无杂物存留。块在铆装和焊接过程存在以下问题及采取的解决措施：
（1）倒圆锥形状的焊接工艺孔。原设计2.5mm宽的腰孔不能满足φ4mm手工电弧焊焊条的点焊，第一次修改为φ5mm后施焊，不能满足焊渣清理。第二次修改为φ12mm后施焊，虽解决了焊条施焊问题，但后续的车工序加工发现焊接存在缺陷，有夹渣现象和直角部位焊接缺
陷。经分析，认为φ4焊条在φ12孔底部的直角地带依然不能完全施焊，最终确定将该孔修改为倒圆锥状（见图2），经实际验证，解决上述问题。
（2）在试制加工第一件时发现密闭的空间内有金属声响。为解决该问题，经研究，缩小腰孔直径，减少焊接热量，增加块（图1）的壁厚，使得其能够承受更多的热量。同时，取消点焊的工序，铆装后直接由焊工用焊丝熔焊。（3）为提高效率，底层的焊接用氩弧焊进行，上层的熔焊填料用手工电弧焊进行。上层的熔焊要等到下层的熔焊完全冷却后进行，以减小变形和减少夹渣存在的可能性。
铆装定位后，除图2不实施点焊工艺外，其余两个单件实施点焊并采用氩弧焊工艺焊接：（1）电流调节范围50-320A直流钨极氩弧焊机；（2）焊丝选用φ3mmH08MnA；（3）氩气采用工业一级纯氩；（4）钨极采用铈钨极，直径φ2.5-φ3mm；（5）采用丙铜作为清理剂，配备细砂纸打磨坡口处。
焊接时，焊缝宽3+10mm焊时宽度适当加宽1-2mm预留焊后收缩量，保证焊后尺寸3+10mm。
由于受X光检测设备的限制，只能检测M55X2侧一处焊缝，其它两处均不能检测，目前只能考此一侧焊缝的焊接质量来评价其余两侧的焊接质量，但还有拉力试验工序对其进行检测。经X光检测右侧焊缝合格。
2.导气管的车工序。针对此工件的薄壁细长特点，加工时必须使用顶尖辅助加工，所以采用普通车床进行加工。
采用弹簧车刀。考虑到工件细长薄壁的特点，刀具采用弹簧车刀，彈簧车刀车削加工时，始终对工件施加一个作用力，可保证车刀具有伸缩性，避免工件在车削时发生颤动及摆动，使加工更加平稳，保证了光洁度及直线度的实现。弹簧车刀的选用是本次车工序的一大亮点，是该工件能够成功加工的保证。
（1）使用跟刀架。为抵消车刀对工件的作用力，本次车削采用了车床的又一附件——跟刀架，图3。跟刀架的采用是保证该工件成功加工的又一亮点，它能控制车削在一定的范围内波动，保证工件外圆的圆度和直线度。同时对作用力的抵消也使得更大的切削深度得以实现。 （2）合理使用刀具。粗车时采用主偏角为45°的外圆车刀进行，在保证加大切削深度的同时相对提高加工效率。精车时采用大宽度切刀，刀具宽度为10mm，可有效的提高表面光洁度。
（3）正反车试验。经过3次的正车和反车试验加工，车削过程中发现正车状态下，外径直线度时好时坏（经后来分析认为，是由该件内应力未完全释放导致，经增加去应力退火工序
后，该问题解决），经现场研究采用反车削加工，反车加工耗时比正车加工略长，光洁度与直线度相对更差，于是再次改回正车加工。最终得出结论：在加工尺寸和光洁度方面，该件正车加工要优于反车加工（注：正车加工为从尾座向卡盘方向进行车削，反车为从卡盘向尾座方向进行车削）。
3.导气管的铣工序。为保证其不变形制作了相应的卡压工装，该工装为两个半圆型的压板，与导气管外圆紧密配合，在铣刀的正下方设立浮动支撑，以平衡铣刀给予该工件的切削力，经铣加工的前后均进行的尺寸检查发现，铣工序并未导致该件的变形。 三、结论
通过该工件的反复试验加工为我们积累了丰富的经验，解决了长期以来的薄壁类零部件难加工的问题，为同类产品的生产提供了有价值的参考。 参考文献：
[1]张伯霖.速切削技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2002. [2]雷世明.焊接方法与设备[M].北京：机械工业出版社，1998.
薄壁细长杆类焊接件的工艺攻关及改进
