某大型高頻箱骨架的制造

唐亞文

（南京電子技術(shù)研究所，南京 210039）

大型高頻箱骨架是某地面雷達(dá)的天線載體，是雷達(dá)系統(tǒng)的重要構(gòu)件之一，雷達(dá)天線陣面的裝配精度依靠該高頻箱骨架的尺寸精度保證。該骨架由合金鋼板焊接而成，為了保證高頻箱骨架結(jié)構(gòu)的剛度和精度，人們對骨架的焊接、機加工精度要求很高。因此，在制造過程中，采用何種工藝方法、如何控制變形等是骨架制造的關(guān)鍵點。

1 骨架概況

高頻箱骨架是該雷達(dá)天線的主要承力構(gòu)件，同時也是天線電子設(shè)備的安裝載體。該高頻箱骨架由合金鋼板Q345焊接成框架后加工而成。

該骨架外形尺寸為：長11000mm×寬2800mm×高900mm，

由多種規(guī)格的鋼板和槽鋼焊接組成，骨架制造完畢后，最終在其上安裝有門、面板等零部件。骨架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高頻箱骨架

該骨架為箱型結(jié)構(gòu)，由豎筋、橫筋和斜撐焊接而成，焊接接頭為T型和角接形式。焊后進(jìn)行機加工，加工面需滿足平面度、對稱度等公差要求。

2 骨架制造難點及解決措施

該骨架外形尺寸大，焊接部位多，且需要滿焊、連續(xù)焊，焊接變形大，在骨架焊接時需要考慮到焊接的應(yīng)力與變形。該骨架的機加工面主要分布在面板安裝面、門板安裝面、門框和支耳等位置，這些位置的尺寸公差、形位公差精度較高，應(yīng)合理安排機加工順序，主要考慮粗、精加工和定位基準(zhǔn)的選擇等要素。

該高頻箱骨架的制造難點主要是焊接變形的控制和機加工順序的安排。經(jīng)優(yōu)化，骨架的制造工藝路線如圖2所示。

2.1 骨架的焊接

為有效控制骨架焊接收縮變形，減少變形對骨架后續(xù)機加工的影響，骨架焊接按照“焊接片桁架→焊接骨架”工藝流程進(jìn)行。

圖2 骨架加工工藝流程

2.1.1 焊接片桁架

為減少焊接變形，片桁架焊接時需搭建簡易工裝將片桁架夾持。焊接時，各焊接部位先點焊，復(fù)測好尺寸后采用對稱跳步連續(xù)焊，根據(jù)板厚選擇合適的焊接電流。片桁架焊接完成后，需熱處理矯正焊接變形。熱處理時，用焊接時使用的簡易工裝將片桁架壓牢，然后隨爐進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。

2.1.2 焊接骨架

該骨架屬大型焊接結(jié)構(gòu)件，材料為Q345，抗拉強度470～630N/mm，具有良好的綜合力學(xué)性能，焊接性和切削性良好。該骨架主要由片桁架和多種規(guī)格的鋼板構(gòu)成。骨架焊接裝配時，先將片桁架、鋼板組合成整體，用定位夾具夾持固定。由于先焊的部件對后焊的部件產(chǎn)生約束力，為了相互抵消焊接約束力，采用兩人對稱施焊方式焊接，且保證焊機電流等工藝參數(shù)一致。在選擇焊接順序時，先焊接收縮量比較大的橫縫，再焊接收縮量比較小的縱向焊縫。焊縫焊完后，利用圓頭小錘輕敲焊縫及其鄰近區(qū)域，有效減少焊接殘余應(yīng)力。

2.1.3 焊縫的收縮補償

骨架焊接后除形狀發(fā)生變化外，長度尺寸也縮小，有時要補償焊后尺寸的減少，為此在零件備料時要預(yù)先放量。高頻箱骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫數(shù)量多且長，縱梁上長焊縫的縱向收縮是影響骨架尺寸的主要因素。

焊接變形量在不同的結(jié)構(gòu)形式下有不同的焊接變形值。由于本文中的骨架結(jié)構(gòu)形式特殊、精度要求高，特制作了焊接試驗件，模擬本文的骨架結(jié)構(gòu)形式。采用相同的工藝流程，測量試驗件焊接前后的尺寸變化。通過試驗得出數(shù)據(jù)，其基本上補償了焊縫縱向的收縮量。

2.1.4 骨架的焊后熱處理

焊接殘余應(yīng)力的存在對骨架的強度、疲勞壽命和結(jié)構(gòu)變形等方面都有很大的影響，影響后續(xù)天線的裝配和正常使用，因此消除骨架構(gòu)件的殘余應(yīng)力非常重要。

為了控制骨架的尺寸精度，保持尺寸的長期穩(wěn)定，對骨架進(jìn)行去應(yīng)力處理。骨架為桁架結(jié)構(gòu)，焊接應(yīng)力主要集中在接頭、長焊縫部位，焊接變形較大，所以熱處理過程不僅是焊接應(yīng)力釋放的過程，更是熱矯正的過程。退火溫度不宜過高，要求溫度480～500℃階梯式升溫，保溫時間為3～4h，骨架隨爐冷卻，切忌骨架靠近出風(fēng)口。熱處理工藝曲線如圖5所示。

2.2 骨架的加工

天線骨架在去除應(yīng)力后進(jìn)行機械加工。該骨架尺寸大，普通機床的加工臺面無法滿足骨架的裝夾和加工要求，因此，選用在大型數(shù)控龍門銑床上進(jìn)行加工。

在骨架機加工之前，鉗工對各加工面劃線，劃線時兼顧骨架上下兩加工面，保證各加工面有足夠的加工余量。骨架吊裝至機床的加工平臺，以門框四周為粗基準(zhǔn)調(diào)整X、Y水平方向，固定壓板不緊固，對各加工區(qū)域打表測量，直至將骨架調(diào)整至合適位置，然后將壓板緊固。

在骨架上焊接有工藝凸臺，用于骨架加工參考以及翻身后的定位。骨架精加工完成后，需在機床上檢測加工數(shù)據(jù)，此時松開骨架所有裝夾，使骨架處于自由狀態(tài)。在滿足圖紙和工藝要求的情況下，骨架方能從機床撤離。

3 結(jié)語

本文針對該雷達(dá)骨架焊接變形大、加工精度要求高的特點，合理制作焊接試驗件、優(yōu)化工藝流程，滿足了天線骨架的精度要求?？v觀高頻箱骨架制造過程，人們需注意以下幾點：合理安排工藝流程，提高拼裝焊接后的尺寸精度，有利于控制焊接變形；天線骨架的收縮變形不但與焊接工藝有關(guān)，而且與焊接結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。