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（西安航空动力股份有限公司 陕西 西安 710021）
【摘 要】在蜂窝环的制造过程中，涉及到了奥氏体不锈钢带之间的焊接。本文通过对材料的结构和焊接特性分析及工艺试验，确定使用储能点焊的方法加上钨铜异型电极，以及合理的焊接工艺来保证奥氏体不锈钢带的焊接质量。
【关键词】蜂窝结构；储能点焊；奥氏体不锈钢
Metal welding of thin pieces of honeycomb
Wang Hong-li
(Xi'an Aero Engine Co., Ltd Xi'an Shanxi 710021)
【Abstract】Ring in the cellular manufacturing process involves the welding of austenitic stainless steel between. Based on the structure and welding materials characterization and process test, to determine the storage spot welding method using copper-shaped electrode with tungsten, and reasonable welding of austenitic stainless steel to ensure the welding quality.
【Key words】Honeycomb structure;Storage spot welding;Austenitic stainless steel
1. 引言
在航空航天领域蜂窝环的生产制造中，常常需要对同种金属薄件进行精密焊接，以获得良好的接缝。西安航空动力股份有限公司需要的蜂窝零件都为蜂窝环，其采购费用高、周期长、尺寸固定，影响蜂窝结构件的制造周期。为降低生产成本和周期，需要将蜂窝带连接成蜂窝环，必须解决以下两个问题：一是选定正确的焊接方法；二是选定合适的电极并制定相应的焊接工艺。对此类零件的焊接，采用电容储能式电阻点焊机可获得良好的焊接接头，以保证蜂窝环连接的质量。
2. 零件形状及接口的制备
2.1 零件形状。蜂窝条带是由厚度为0.05 mm的不锈钢薄板冲压成梯形后，再用激光点焊技术组合成正六方形的蜂窝结构件。
图1 蜂窝结构示意图2.2 蜂窝材料。蜂窝的材料主要是高温合金或不锈钢，此次研究的蜂窝材料为奥氏体不锈钢MSRR 6523，其化学成分如表1所示。
2.3 接口的制备。先将蜂窝带按图2所示的两条虚线位置，使用钼丝切割的方法（钼丝直径为0.18 mm）切开，然后再使用细砂轮打磨切口，使切口平整。
3. 焊接工艺
3.1 焊接方法 。
3.1.1 微点焊的工作原理。电阻焊是一种将金属工件连接在一起的焊接方法。通过对焊接工件之间施加、控制和保持一定的压力，从而使工件之间形成一个稳定的接触电阻，然后是焊接电源控制器输出的控制电流流过被焊工件之间的接触表面，产生热量，度升高，局部熔化接触点，并控制该过程的热量大小与过程，从而达到将金属工件焊接在一起的目的。
电阻焊接无耗材，无需焊条、焊丝和焊药等，焊接过程的耗热非常小，不会产生烟尘等有害物质，无刺眼的光污染，其工作电压只有几个伏特，因此是一种安全、经济、高效、可靠、无污染的环保焊接方法。
根据力学定理Q=CI2Rt，其中：Q——热量，I——通过的电流，R——电阻，t——电流通过的时间，可知电阻、电流和时间是精确控制电阻焊接的三要素。焊接中的电阻包含电极、工件和工件之间的表面接触电阻，这三种电阻的分布和结构方式也决定了焊接过程的热量分布，通常表面接触电阻最大，因此，最高温度产生在此点使金属熔化在工件接触点的中心，使金属熔化并熔接在一起。
3.1.2 焊接电源的选择。选用世界先进的微点焊焊接电源之一UNITEK公司制造的焊接电源，利用上述原理，可实现对压力、电流和通电时间三要素进行高效、高速的精密控制，从而实现高质量的精密焊接。
3.2 电极的选择。由于零件外形所限，必须使用直径小于2.2 mm的电极，又由于电极直径过小，焊接电极损耗大，所以应选择硬度大，软化温度高的材料作为电极。根据表2分析和试验，最终选用钨铜为焊接电极材料。
3.3 焊前准备 。为保证焊接接头质量稳定，必须对零件待焊接区域进行适当的表面清理，根据奥氏体不锈钢的特点选择了如下的酸洗方法进行清理。（1）0.75L的水中加入密度为1.84 g/mL的H2SO4为80 g，1.19 g/mL的HCl为130 g，1.42 g/mL的HNO3为100 g，温度在50℃～70℃时，酸洗1～5 sin。（2）酸洗后的试件应在中和溶液中清酸，中和溶液为10%的苏打溶液，温度20℃～25℃。
3.4 焊接工艺。
3.4.1 焊接夹具。为获得合格的焊接接头，设计了图3、图4所示工装夹具。
图3 焊接外环焊点的简易夹具3.4.2 工艺要点。将焊件先按图3所示的方式，夹在简易夹具中，先焊接外环焊点，然后再按图4所示方式，夹在简易夹具中，焊接内环焊点。
焊接时，焊接电极按图5所示方式伸入焊件。电极的外伸长度h及伸入焊件的长度h0，对焊接过程有较大影响。h的长度应控制在3.5 mm以内，h0的长度应在5 mm2 mm之间。h和h0太长，电极极易变形且易与非焊接部位相碰，从而引起焊件局部烧穿。h0太短，易引起飞溅，破坏焊件的外观成形。
4. 结论
4.1 精密储能点焊可实现金属薄件蜂窝环的连接。
4.2 精密点焊过程中应注意的是焊前必须对蜂窝带切口进行酸洗处理；选用合适的焊接电极材料，并严格控制焊接电极尺寸。
4.3 经过多次反复试验，各项技术指标达到设计要求。通过该项目的研制，掌握了蜂窝环带的连接工艺，降低了零件的生产成本和制造周期，为公司添加了新的蜂窝连接工艺方法。
参考文献
［1］ 斯重遥等主编.焊接手册.北京：机械工业出版社，1992，489～520.
【摘 要】在蜂窝环的制造过程中，涉及到了奥氏体不锈钢带之间的焊接。本文通过对材料的结构和焊接特性分析及工艺试验，确定使用储能点焊的方法加上钨铜异型电极，以及合理的焊接工艺来保证奥氏体不锈钢带的焊接质量。
【关键词】蜂窝结构；储能点焊；奥氏体不锈钢
Metal welding of thin pieces of honeycomb
Wang Hong-li
(Xi'an Aero Engine Co., Ltd Xi'an Shanxi 710021)
【Abstract】Ring in the cellular manufacturing process involves the welding of austenitic stainless steel between. Based on the structure and welding materials characterization and process test, to determine the storage spot welding method using copper-shaped electrode with tungsten, and reasonable welding of austenitic stainless steel to ensure the welding quality.
【Key words】Honeycomb structure;Storage spot welding;Austenitic stainless steel
1. 引言
在航空航天领域蜂窝环的生产制造中，常常需要对同种金属薄件进行精密焊接，以获得良好的接缝。西安航空动力股份有限公司需要的蜂窝零件都为蜂窝环，其采购费用高、周期长、尺寸固定，影响蜂窝结构件的制造周期。为降低生产成本和周期，需要将蜂窝带连接成蜂窝环，必须解决以下两个问题：一是选定正确的焊接方法；二是选定合适的电极并制定相应的焊接工艺。对此类零件的焊接，采用电容储能式电阻点焊机可获得良好的焊接接头，以保证蜂窝环连接的质量。
2. 零件形状及接口的制备
2.1 零件形状。蜂窝条带是由厚度为0.05 mm的不锈钢薄板冲压成梯形后，再用激光点焊技术组合成正六方形的蜂窝结构件。
图1 蜂窝结构示意图2.2 蜂窝材料。蜂窝的材料主要是高温合金或不锈钢，此次研究的蜂窝材料为奥氏体不锈钢MSRR 6523，其化学成分如表1所示。
2.3 接口的制备。先将蜂窝带按图2所示的两条虚线位置，使用钼丝切割的方法（钼丝直径为0.18 mm）切开，然后再使用细砂轮打磨切口，使切口平整。
3. 焊接工艺
3.1 焊接方法 。
3.1.1 微点焊的工作原理。电阻焊是一种将金属工件连接在一起的焊接方法。通过对焊接工件之间施加、控制和保持一定的压力，从而使工件之间形成一个稳定的接触电阻，然后是焊接电源控制器输出的控制电流流过被焊工件之间的接触表面，产生热量，度升高，局部熔化接触点，并控制该过程的热量大小与过程，从而达到将金属工件焊接在一起的目的。
电阻焊接无耗材，无需焊条、焊丝和焊药等，焊接过程的耗热非常小，不会产生烟尘等有害物质，无刺眼的光污染，其工作电压只有几个伏特，因此是一种安全、经济、高效、可靠、无污染的环保焊接方法。
根据力学定理Q=CI2Rt，其中：Q——热量，I——通过的电流，R——电阻，t——电流通过的时间，可知电阻、电流和时间是精确控制电阻焊接的三要素。焊接中的电阻包含电极、工件和工件之间的表面接触电阻，这三种电阻的分布和结构方式也决定了焊接过程的热量分布，通常表面接触电阻最大，因此，最高温度产生在此点使金属熔化在工件接触点的中心，使金属熔化并熔接在一起。
3.1.2 焊接电源的选择。选用世界先进的微点焊焊接电源之一UNITEK公司制造的焊接电源，利用上述原理，可实现对压力、电流和通电时间三要素进行高效、高速的精密控制，从而实现高质量的精密焊接。
3.2 电极的选择。由于零件外形所限，必须使用直径小于2.2 mm的电极，又由于电极直径过小，焊接电极损耗大，所以应选择硬度大，软化温度高的材料作为电极。根据表2分析和试验，最终选用钨铜为焊接电极材料。
3.3 焊前准备 。为保证焊接接头质量稳定，必须对零件待焊接区域进行适当的表面清理，根据奥氏体不锈钢的特点选择了如下的酸洗方法进行清理。（1）0.75L的水中加入密度为1.84 g/mL的H2SO4为80 g，1.19 g/mL的HCl为130 g，1.42 g/mL的HNO3为100 g，温度在50℃～70℃时，酸洗1～5 sin。（2）酸洗后的试件应在中和溶液中清酸，中和溶液为10%的苏打溶液，温度20℃～25℃。
3.4 焊接工艺。
3.4.1 焊接夹具。为获得合格的焊接接头，设计了图3、图4所示工装夹具。
图3 焊接外环焊点的简易夹具3.4.2 工艺要点。将焊件先按图3所示的方式，夹在简易夹具中，先焊接外环焊点，然后再按图4所示方式，夹在简易夹具中，焊接内环焊点。
焊接时，焊接电极按图5所示方式伸入焊件。电极的外伸长度h及伸入焊件的长度h0，对焊接过程有较大影响。h的长度应控制在3.5 mm以内，h0的长度应在5 mm2 mm之间。h和h0太长，电极极易变形且易与非焊接部位相碰，从而引起焊件局部烧穿。h0太短，易引起飞溅，破坏焊件的外观成形。
4. 结论
4.1 精密储能点焊可实现金属薄件蜂窝环的连接。
4.2 精密点焊过程中应注意的是焊前必须对蜂窝带切口进行酸洗处理；选用合适的焊接电极材料，并严格控制焊接电极尺寸。
4.3 经过多次反复试验，各项技术指标达到设计要求。通过该项目的研制，掌握了蜂窝环带的连接工艺，降低了零件的生产成本和制造周期，为公司添加了新的蜂窝连接工艺方法。
参考文献
［1］ 斯重遥等主编.焊接手册.北京：机械工业出版社，1992，489～520.