大型镁合金扩展台面的焊接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大型镁合金结构件焊接加工领域，具体涉及一种用于大型振动试验系统的垂直扩展台面的焊接工艺。
【背景技术】
[0002]在航天、航空、车辆等工程领域，产品都是在一定的振动环境中工作，结构共振是其运行过程中发生故障的主要原因之一。振动试验作为检验产品可靠性与动强度的一种有效手段，已经广泛应用于产品性能考核和动强度鉴定中。完成振动试验主要设备是振动台，垂直扩展台面是振动台的重要组成部件。
[0003]由于大型振动试验系统一般均由多个振动台组成，因此台面接口区域一般较大，对应扩展台面的尺寸也较大，同时，从设计指标角度考虑，台面尺寸越大，可以提供给产品的安装接口也就越大，便于进行大尺寸产品的振动试验。同时，扩展台面的另一个重要指标是比刚度、比强度要尽可能大，因此，在选材时，局限于铝合金与镁合金两者之间。镁合金密度比铝合金小1/3，因而具有很大的优势。
[0004]由于大型镁合金结构件铸造难度大、风险高，因此一般采用焊接方式加工。国内外许多大型振动试验系统扩展台面均使用镁合金板材焊接而成。
[0005]航天五院(美国LING公司生产)2X200kN双台并激系统垂直扩展台面采用镁合金板材焊接而成，最厚板厚为50mm，局部螺接，台面直径2500mm，内部填充聚氨醋泡沫材料，总重约3吨。采用人工TIG焊与MIG焊。
[0006]欧空局(ESTEC) 4X160kN四台并激系统扩展台面采用镁合金板材焊接而成，尺寸3.25mX3.25m，重量为2517kg。采用人工TIG焊与MIG焊。焊接时，在顶板表面使用焊接工装夹持，防止焊接变形。采用分模块方式，先将四周箱体部分焊接完成，再从内而外、从下至上将网格状筋板分层焊接成形，最后，使用薄板在底部将空腔焊接封闭起来。由于焊接空间受限，大部分焊缝采用单面焊缝。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种大型镁合金扩展台面的焊接工艺，通过合理安排焊接工艺和顺序，在保证焊接质量的前提下，解决由于扩展台面腔体空间受限带来的焊接问题。焊接完成后，需进行热处理消除残余应力，并进行组合加工，保证尺寸精度满足要求。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案:
[0009]一种大型镁合金扩展台面的焊接工艺，主要包括以下步骤:将台面主体焊接结构进行工艺布局设计，划分成6个工艺模块，首先采用搅拌摩擦焊的工艺方法完成模块A (顶板)的对接拼焊，然后以此模块为台面基础，从台面中心开始，采用TIG&MIG焊接工艺方法依次完成模块B和模块C的装配和焊接，模块D通过电子束焊接方法独立完成拼焊后，再与台面进行装配和焊接，然后完成模块E和F的装配与焊接，最后翻转台面，从顶板方向开坡口完成模块C及模块D和顶板之间无法施焊的焊缝的焊接，台面组焊完成后，进行台面整体组合加工。
[0010]具体来说，本发明的焊接工艺，包括以下步骤:
[0011]I)焊接加工模块A，模块A为扩展台面的顶板，由2件小尺寸镁合金板板采用搅拌摩擦焊对接拼焊而成；
[0012]2)以模块A为台面基础，从台面中心焊接模块B，模块B为台面中心筋板区域，由31件板厚规格为20mm的镁板和16件板厚规格为30mm的镁板在工艺模块A上拼焊而成，各镁板在高度方向留工艺余量后期组合加工保证台面整体高度，焊接前待焊零件均进行预热处理，然后采用TIG焊打底、MIG焊盖面堆焊完成模块B所有筋板之间以及筋板和顶板之间角焊缝的焊接，模块B在台面顶板上完成装配和焊接后，对整体焊接工装进行热处理消除焊接残余应力；
[0013]3)在模块B的外围共4处呈象限对称分布焊接模块C，模块C为台面的转接头连接框区域，每一处模块C均由I件圆筒结构、8件50mm厚度规格镁板以及6件30mm厚度规格镁板在工艺模块A上拼焊而成，各零件在高度方向留工艺余量后期组合加工保证台面整体高度；
[0014]4)将4件模块D在模块A上的装配和焊接，工艺模块D为扩展台面的滑动板连接框，模块D与模块A及模块B之间通过角焊缝连接，均采用开单面坡口，单面施焊的方式保证角焊缝的满焊和焊透，模块D在扩展台面顶板上完成装配和焊接后，对整体焊接工装进行热处理消除焊接残余应力；
[0015]5)在扩展台面即模块A的顶板上焊接模块E，模块共8处，呈象限对称分布，每一处模块E均由2件50mm厚度的镁板和4件30mm厚度的镁板在模块A上拼焊而成，各零件在高度方向留工艺余量后期组合加工保证台面整体高度，采用TIG焊打底、MIG焊盖面堆焊完成模块E所有筋板之间以及筋板和顶板间角焊缝的焊接；
[0016]6)在扩展台面的模块A上焊接模块F，模块共4处，在台面顶板上呈象限对称分布，每一处模块F均由4件30mm厚度的镁板在台面顶部拼焊而成，拼焊时，开单面坡口，采用TIG焊打底、MIG焊盖面堆焊完成模块F和台面之间角焊缝的焊接；
[0017]7)针对模块C和模块D部分筋板和顶板之间无法实施焊接的焊缝，在台面各模块焊装完成后翻转台面，在顶板对应位置进行机械加工开坡口，再采用TIG&MIG焊工艺方法完成这些焊缝的堆焊满焊，以保证台面所有焊缝均实现满焊和焊透。
[0018]其中，步骤I)中对模块A顶板进行第一次组合加工，长宽方向留工艺余量并打配打孔和整体焊接工装进行连接固定，上表面加工后作为后续台面主结构筋板和侧板装配和焊接的基础面，并在上表面刻线并加工深度Imm凹槽，用于各筋板和侧板在顶板上的装配定位。
[0019]其中，步骤2)的焊接前，待焊零件均进行预热处理，预热温度80?100度。
[0020]其中，步骤2)之后，在钢板上加工出与待焊筋板、侧板吻合的配合槽，用于筋板、侧板装配焊接时的定位，同时可用于焊接过程中焊接变形的抑制。
[0021]其中，模块B在顶板上的装配和焊接过程中，模块B内部筋板之间焊缝均可实施双面施焊和单面施焊。
[0022]其中，所有可双面施焊的焊缝采取双面坡口形式，可单面施焊的焊缝采取单面坡口形式，坡口钝边厚度1mm，深度3_，以保证所有焊缝均焊透。
[0023]其中，模块C在顶板上的装配和焊接过程中，模块C内部筋板之间焊缝均可实施双面施焊和单面施焊。
[0024]其中，在步骤4)之前，对模块D进行独立拼焊，模块D为台面的滑动板连接框，共4处在台面顶板上呈象限对称分布，每一处模块D均由14件50mm厚度规格镁板、I件30mm厚度的镁板以及2件70_厚度的镁板独立采用真空电子束焊工艺方法拼焊而成。
[0025]其中，模块D在独立拼焊中，真空电子束焊缝均可保证满焊和焊透，通过采用开双面坡口形式，TIG打底MIG盖面堆焊可保证满焊和焊透。
[0026]本发明的焊接方法具有如下优点和特点:
[0027]针对焊接接头板材厚的情况，原则上对接头进行双面开坡口处理(钝边厚度1mm，深度3mm)，采用TIG打底焊保证焊透然后进行MIG盖面堆焊。对于部分无法实施双面焊接的角接接头，进行单面开坡口处理(钝边厚度1mm，深度3mm)，同样保证焊透。
[0028]针对各种典型接头，产品正式焊接前制作焊接样本，对焊接接头进行横截面剖切，确认各种接头能够保证焊透的前提下的坡口形式和焊接参数。
[0029]针对产品焊缝数量多、分布密集及焊接变形控制难度大的问题，结合产品结构特点，设计并研制局部焊接工装模块和整体焊接工装，局部焊接工装模块用于筋板、侧板零件的焊接装配定位和焊接变形控制，整体焊接工装用于顶板的焊接变形控制。针对焊接残余应力大的问题，在台面结构焊装过程中增加多次带整体工装进行热处理消除焊接残余应力处理。
[0030]针对台面结构空间狭小影响装配焊接操作的问题，对台面进行工艺布局设计，将整个台面结构拆分成多个工艺模块，从台面中心往外依次拼焊，最大程度保障装配和焊接操作的实施空间，让尽量多的焊缝能够实施双面焊接。
[0031]设计并研制整体吊具和翻转吊具，保证台面整体结构组合加工各个加工姿态的调整到位。
【附图说明】
[0032]图1为本发明待焊接的大型镁合金扩展台面的结构示意图。
[0033]其中，I为模块A ；2为模块B ；3为模块C ；4为模块D ；5为模块E ；6为模块F。
[0034]图2为本发明的实施模块A焊接的工艺示意图。
[0035]图3a为本发明的实施模块B焊接步骤I的工艺示意图。
[0036]图3b为本发明的实施模块B焊接步骤2的工艺示意图。
[0037]图3c为本发明的实施模块B焊接步骤3的工艺示意图。
[0038]图3d为本发明的实施模块B焊接步骤4的工艺示