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[摘 要]管板焊接结构是常用的排液端部结构，本文通过对管板焊接结构在实际应用中发现的问题进行分析，从两个改进的设计方向入手，最终总结出了最佳的排液管板焊接结构设计方案，为飞机结构设计人员如何设计出性能可靠的排液管板焊接结构提供了思路。
[关键词]焊接结构 结构设计 排液
中图分类号：V215.2 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）05-0160-01
1 引言
管板焊接结构是飞机常用的排液端部结构。其结构虽然简单，但由于壁薄、尺寸小，在实际生产和应用中却并不简单，在防腐蚀、探伤及工艺性方面很难做到全面兼顾。笔者结合实际设计应用，从发现问题、解决问题直至完善最终设计的思路进行分析，为后续飞机设计人员在设计类似的飞机结构时提供了一定的经验。
2 结构设计及技术要求
图1为引射接头组件生产图纸（标注未示出），该组件为管板焊接结构。
2.1 材料信息
材料：321钢；
主要特征尺寸：
管外径19mm；
管壁厚0.78mm；
板外径40mm；
板厚1mm
2.2 技术要求（节选）：
1 焊接后按×××退火热处理。
2.按×××钝化。
3 生产实践
3.1 生产中发现的问题
1）组件热处理后变形较大，影响与外蒙皮的装配配合；
2）钝化处理后，渗入焊缝背面的缝隙的残留物，无法有效清除。
3.2 问题分析
3.2.1不锈钢有良好的塑性和焊接性能，是Ni-型奥氏体不锈钢，其性能与304不锈钢非常相似，但是由于加入了金属钛，使其具有了良好的耐晶界腐蚀性及高温强度。由于添加了钛，使其有效的控制了碳化铬的形成。
基于优良的焊接性能，321不锈钢一般用在抗晶界腐蚀要求较高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器、耐热零件及热处理有困难的零件上。
3.2.2不锈钢的性能满足该引射接头对焊接性能和使用性能的要求。
4 设计方案改进
根据本文项4的问题分析，提出2个设计方案并试验，根据试验结果确定设计方案。
4.1 方案一
4.1.1 材料信息：
按2.1
4.1.2 技术要求（节选）：
1. 按×××采用氩弧焊，焊接后按×××对焊缝作荧光渗透检验。
2. 按×××钝化。
4.1.3 设计方案分析
方案一结构按图2。外翻式结构第一可以减小焊接变形，第二角焊缝改为对接焊缝，薄壁件对接焊可以保证焊缝背面没有缝隙，解决残留溶液清洗难的问题。
4.1.4 方案试验
件2在加工过程中有一定变形，焊后焊接热影响区变形很大，变形量不符合该项目对形状公差的要求；荧光渗透检测表面缺陷符合该项目对表面缺陷的合格要求。
试验件在防腐蚀、焊接质量等方面均满足要求，但焊后变形严重不满足形状公差要求。
4.1.5 结论
件2的机械加工应力过大，导致焊接变形较大，且无法消除，故不采用方案一。
4.2 方案二
4.2.1 材料信息：
按2.1
4.2.2 技术要求（节选）：
1. 按×××采用氩弧焊，焊接后，将焊缝1打磨平。
2.按×××对焊缝作X射线检验。
3.按×××对焊缝作荧光检验。
4.按×××钝化。
4.2.3 设计方案分析
方案二使用插入式焊接结构（图3），并取消原设计要求的热处理，减小变形，同时采用双面焊，消除了可能的零件间间隙，进而也消除了钝化液或使用过程中的污染物进入焊缝引起的电化学腐蚀。保证了该结构的基本功能和可靠性。增加了内部探伤要求。
4.2.4 方案试验
焊后组件基本未变形；荧光渗透检测表面缺陷符合该项目对表面缺陷的合格要求；管板焊接的角焊缝，由于结构影响，焊缝无法进行X射线探伤，内部缺陷无法检测。
试验件除选择的内部探伤方法X射线探伤无法应用外，表面缺陷检测及外观焊缝质量均满足设计需求，荧光检测和钝化过程中的溶液也可以清洗完全。。
5 确定设计方案
对于该管板焊接组件，由于贴片问题，X射线探伤不适用，由于管壁和板材太薄，超声波探伤存在盲区问题，该方法也不适用。只能从材料焊接性能和焊接工艺方面考虑仅进行表面探伤是否满足要求。
从分子层面来看，321不锈钢由于添加了钛，使其能够有效的控制碳化铬的形成，321不锈钢还具有了良好的耐晶界腐蚀性及高温强度。所以，321不锈钢具有良好的抵抗焊接裂纹和焊接晶间腐蚀的能力[2]。
从宏观上，在不进行热处理的情况下，焊接接头物理性能和内部缺陷均满足要求[1]。如果按照规定认真做好焊接工艺评定，按照焊接工艺评定编制焊接工艺指导书，并严格焊接工艺过程控制，完全可以保证薄板焊接焊缝的内部缺陷符合标准。再者对于薄板类零件最常见失效模式是表面裂纹，荧光检测完全可以满足焊缝检测的要求。
鉴于以上分析，在防腐蚀、探伤、工艺性及功能方面无法做到全面兼顾，焊接接頭性能又有一定保证的情况下，可以放弃无法进行的焊接接头内部缺陷无损检测。
6 总结
总之，针对管板焊接结构，可以归纳为以下几个要点：
1）由于板的直径较小，对焊接应力的释放影响较小，可以采用插入式焊接结构；
2）为了避免钝化、荧光检测或使用过程中金属离子进入零件缝隙引起的电化学腐蚀，应采用双面焊接，干涉部位可打磨平整；
3）对于321不锈钢等焊接性能良好（有效控制碳化铬的形成的特性可以抑制焊接裂纹的形成）的薄壁金属焊接，在做好焊接工艺评定的情况下，可以仅采用荧光检测。
参考文献
[1] 轻工机械 第24卷 第3期 ASTM321奥氏体不锈钢的焊接工艺评定
[2] 射线检测，辽宁省质量技术监督局特种设备处组编，2008年3月第1版.
[关键词]焊接结构 结构设计 排液
中图分类号：V215.2 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）05-0160-01
1 引言
管板焊接结构是飞机常用的排液端部结构。其结构虽然简单，但由于壁薄、尺寸小，在实际生产和应用中却并不简单，在防腐蚀、探伤及工艺性方面很难做到全面兼顾。笔者结合实际设计应用，从发现问题、解决问题直至完善最终设计的思路进行分析，为后续飞机设计人员在设计类似的飞机结构时提供了一定的经验。
2 结构设计及技术要求
图1为引射接头组件生产图纸（标注未示出），该组件为管板焊接结构。
2.1 材料信息
材料：321钢；
主要特征尺寸：
管外径19mm；
管壁厚0.78mm；
板外径40mm；
板厚1mm
2.2 技术要求（节选）：
1 焊接后按×××退火热处理。
2.按×××钝化。
3 生产实践
3.1 生产中发现的问题
1）组件热处理后变形较大，影响与外蒙皮的装配配合；
2）钝化处理后，渗入焊缝背面的缝隙的残留物，无法有效清除。
3.2 问题分析
3.2.1不锈钢有良好的塑性和焊接性能，是Ni-型奥氏体不锈钢，其性能与304不锈钢非常相似，但是由于加入了金属钛，使其具有了良好的耐晶界腐蚀性及高温强度。由于添加了钛，使其有效的控制了碳化铬的形成。
基于优良的焊接性能，321不锈钢一般用在抗晶界腐蚀要求较高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器、耐热零件及热处理有困难的零件上。
3.2.2不锈钢的性能满足该引射接头对焊接性能和使用性能的要求。
4 设计方案改进
根据本文项4的问题分析，提出2个设计方案并试验，根据试验结果确定设计方案。
4.1 方案一
4.1.1 材料信息：
按2.1
4.1.2 技术要求（节选）：
1. 按×××采用氩弧焊，焊接后按×××对焊缝作荧光渗透检验。
2. 按×××钝化。
4.1.3 设计方案分析
方案一结构按图2。外翻式结构第一可以减小焊接变形，第二角焊缝改为对接焊缝，薄壁件对接焊可以保证焊缝背面没有缝隙，解决残留溶液清洗难的问题。
4.1.4 方案试验
件2在加工过程中有一定变形，焊后焊接热影响区变形很大，变形量不符合该项目对形状公差的要求；荧光渗透检测表面缺陷符合该项目对表面缺陷的合格要求。
试验件在防腐蚀、焊接质量等方面均满足要求，但焊后变形严重不满足形状公差要求。
4.1.5 结论
件2的机械加工应力过大，导致焊接变形较大，且无法消除，故不采用方案一。
4.2 方案二
4.2.1 材料信息：
按2.1
4.2.2 技术要求（节选）：
1. 按×××采用氩弧焊，焊接后，将焊缝1打磨平。
2.按×××对焊缝作X射线检验。
3.按×××对焊缝作荧光检验。
4.按×××钝化。
4.2.3 设计方案分析
方案二使用插入式焊接结构（图3），并取消原设计要求的热处理，减小变形，同时采用双面焊，消除了可能的零件间间隙，进而也消除了钝化液或使用过程中的污染物进入焊缝引起的电化学腐蚀。保证了该结构的基本功能和可靠性。增加了内部探伤要求。
4.2.4 方案试验
焊后组件基本未变形；荧光渗透检测表面缺陷符合该项目对表面缺陷的合格要求；管板焊接的角焊缝，由于结构影响，焊缝无法进行X射线探伤，内部缺陷无法检测。
试验件除选择的内部探伤方法X射线探伤无法应用外，表面缺陷检测及外观焊缝质量均满足设计需求，荧光检测和钝化过程中的溶液也可以清洗完全。。
5 确定设计方案
对于该管板焊接组件，由于贴片问题，X射线探伤不适用，由于管壁和板材太薄，超声波探伤存在盲区问题，该方法也不适用。只能从材料焊接性能和焊接工艺方面考虑仅进行表面探伤是否满足要求。
从分子层面来看，321不锈钢由于添加了钛，使其能够有效的控制碳化铬的形成，321不锈钢还具有了良好的耐晶界腐蚀性及高温强度。所以，321不锈钢具有良好的抵抗焊接裂纹和焊接晶间腐蚀的能力[2]。
从宏观上，在不进行热处理的情况下，焊接接头物理性能和内部缺陷均满足要求[1]。如果按照规定认真做好焊接工艺评定，按照焊接工艺评定编制焊接工艺指导书，并严格焊接工艺过程控制，完全可以保证薄板焊接焊缝的内部缺陷符合标准。再者对于薄板类零件最常见失效模式是表面裂纹，荧光检测完全可以满足焊缝检测的要求。
鉴于以上分析，在防腐蚀、探伤、工艺性及功能方面无法做到全面兼顾，焊接接頭性能又有一定保证的情况下，可以放弃无法进行的焊接接头内部缺陷无损检测。
6 总结
总之，针对管板焊接结构，可以归纳为以下几个要点：
1）由于板的直径较小，对焊接应力的释放影响较小，可以采用插入式焊接结构；
2）为了避免钝化、荧光检测或使用过程中金属离子进入零件缝隙引起的电化学腐蚀，应采用双面焊接，干涉部位可打磨平整；
3）对于321不锈钢等焊接性能良好（有效控制碳化铬的形成的特性可以抑制焊接裂纹的形成）的薄壁金属焊接，在做好焊接工艺评定的情况下，可以仅采用荧光检测。
参考文献
[1] 轻工机械 第24卷 第3期 ASTM321奥氏体不锈钢的焊接工艺评定
[2] 射线检测，辽宁省质量技术监督局特种设备处组编，2008年3月第1版.