某薄壁构件搅拌摩擦焊锁底焊缝的超声相控阵检测

针对某薄壁结构件3mm厚的铝合金搅拌摩擦焊锁底焊缝开展了超声相控阵检测工艺研究,采用内置30°楔块的相控阵探头解决了该结构件装机状态下检测空间狭小、焊缝厚度薄且结构复杂的检测难题,同时结合搅拌摩擦焊接工艺对检出的缺陷类型及成因进行了分析,以为类似结构产品的检测及搅拌摩擦焊接质量的控制与改进提供参考。

2A14铝合金锁底结构搅拌摩擦焊接工艺

针对运载火箭共底贮箱独特的密封锁底焊缝承压结构开展搅拌摩擦焊工艺技术研究,采用基于锁底结构搅拌工具设计的无匙孔回抽全焊透工艺技术,探究搅拌针长度、前进侧位置、坡口尺寸对4 mm 2A14铝合金锁底焊缝强度的影响。经过焊接试验验证,针长度为-0.1~0.3 mm,前进侧位于锁底侧,焊接坡口设为0.5mm时为最优焊接工艺参数,焊缝强度高于熔焊焊缝强度。对锁底焊缝引钩(HOOK)缺陷进行研究,抑制了HOOK的产生,实现了搅拌摩擦焊方法在运载火箭承压锁底结构的首次应用与飞行验证,提高了焊接效率和质量,并实现整箱减重。

板状激光锁底焊缝内部气孔三维成像

通过激光深熔焊加工了两条锁底焊缝,进行X射线DR试验和显微CT试验,重点研究激光锁底焊缝内部气孔深度分布特征。首先分析板状结构激光锁底焊缝气孔分布DR图像。然后通过显微CT重建锁底焊缝三维结构,在1号锁底焊缝和2号锁底焊缝内部分别提取出134个和126个气孔,定量分析气孔直径,并通过气孔中心位置分析气孔深度分布特征,得到了有效焊深区间以内和有效焊深区间以外的气孔分布信息。结果表明:两条锁底焊缝内部绝大部分气孔直径在1 mm以下,且1号锁底焊缝和2号锁底焊缝分别有73.1%和64.3%的气孔分布在同一深度范围。最后,按照企业激光焊缝X射线验收标准,根据X射线DR检测结果和显微CT检测结果,两条锁底焊缝都被评为Ⅲ级焊缝。

锁底结构VP-TIG焊缝未焊透缺陷返修工艺

针对VP-TIG锁底环焊缝未焊透缺陷,设计返修工艺方案,分析返修后焊缝的内外部质量、常温力学性能和微观组织,确认最优返修工艺方式及对应工艺参数。结果表明,针对3~8mm锁底焊缝未焊透缺陷,保护气中氦气比例由30%提升至70%、频率由120Hz提升至200Hz、占空比由75%提升至82%,可增大焊接电弧的穿透性,实现未焊透区域的焊透;同时焊接电流由220A降低至160A,以降低焊接热输入对焊接变形及焊缝性能的影响。补焊后的焊缝检测合格,力学性能良好。

锁底结构焊缝相控阵超声检测技术

针对锁底结构X射线不可检焊缝开展相控阵超声检测技术研究。通过相控阵超声声线与声场仿真分析,确定了合理的扫查方式。对比了4.0 MHz和7.5 MHz探头的检测信噪比及缺陷响应情况,结果表明:高频探头的检测分辨力与缺陷尺寸测量精度较高;对于粗晶材料,低频探头比高频探头具有更高的缺陷检出率。通过对比超声、射线及剖切金相结果研究了锁底结构对回波信号的影响,获得了未焊透信号识别方法。利用焊接模拟样件进行工艺验证实验,实验结果表明,相控阵超声技术可有效检出除对侧坡口未熔合之外的全部缺陷,且定量结果与射线检测基本一致。采用研究获得的检测工艺累计完成多件产品检测验证,为持续优化焊接方法、改进接头坡口形式提供了参考。

2A14铝合金返修焊技术

根据2A14铝合金的冶金特点,针对对接接头和锁底焊缝的不同要求,提出了相应的采用缺陷槽的补焊工艺。分析了焊接位置、补焊层数及两面补焊、预热和缓冷、补焊的收/起弧及长度、电源选择、环境控制、补焊顺序和方向,以及装配等因素的影响。由不同运载贮箱补焊的结果可知,该工艺措施有效,补焊质量较好,提高了补焊的一次合格率。

奥氏体不锈钢激光焊接工艺研究

采用光纤激光器对奥氏体不锈钢锁底型焊缝结构进行焊接,分析焊接工艺对焊缝成形和气孔缺陷的影响,优化工艺参数,考察接头静态拉伸性能。结果表明:随着焊接速度的增大,焊缝形貌的熔深、熔宽出现下降趋势;相反随着激光频率的增加,焊缝形貌的熔深、熔宽增大。焊接速度相对于激光频率对气孔率影响更加显著。在激光功率P=3.5kW,速度V=2.5m/min,激光频率f=35Hz,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,焊缝气孔率为2%,平均抗拉强度为母材强度的94.7%。焊缝形貌为T字形柱状树枝晶组织。