[發明專利]修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210084904.8
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN102581476A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙衍華;白景彬;郝云飛;郭剛;杜憲策;羅軍;朱平萍
• 申請（專利權）人: 首都航天機械公司;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26;B23K20/24
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 莫丹

技術領域

本發明屬于運載火箭貯箱制造方法，具體涉及一種修補大型、薄壁、密封結構件攪拌摩擦焊焊縫“匙孔型”缺陷的補焊攪拌頭和補焊方法。

背景技術

攪拌摩擦焊技術(Friction?Stir?Welding，FSW)是上世紀90年代初英國焊接研究所(TWI)發明的一項新型固相焊接技術，該技術具有焊接接頭質量高、焊接變形小、焊縫缺陷少，焊接過程綠色無污染等特點，非常適合于鋁合金、鎂合金等輕質合金的焊接，并且在航空航天、高速列車以及船舶制造等領域具有非常廣泛的應用前景。目前我國的某些型號運載火箭的貯箱筒段縱縫和貯箱橢球箱底主要承力焊縫均已經開始逐步采用攪拌摩擦焊技術，并且采用攪拌摩擦焊技術焊接的運載火箭貯箱已經多次通過了飛行試驗考核。然而焊接缺陷對于任何一種焊接技術在實際工程化應用過程中均是不可避免的，都必須考慮焊接缺陷產生后的缺陷修補措施。

在進行運載火箭貯箱攪拌摩擦焊接過程中攪拌頭因壽命問題發生攪拌針折斷產生的匙孔型缺陷(如圖1所示)不可避免，并且“匙孔型”缺陷的存在會對焊縫帶來諸多問題例如：影響焊縫強度、氣密性等。

發明內容

本發明的目的是提供一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的裝置及方法，以保證運載火箭貯箱產品質量及減少匙孔型缺陷造成的運載火箭貯箱產品報廢。

實現本發明目的的技術方案：一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的補焊攪拌頭，該補焊攪拌頭包括攪拌針夾持結構，以及與攪拌針夾持結構端部通過螺紋連接的攪拌針；其所述的攪拌針夾持結構的軸肩部分端面為內凹的斜面，傾斜角度在5～15°；在該斜面上開設兩個同心圓環形凹槽，凹槽的深度為1.2～1.5mm，寬度為1.5～2.0mm；所述的攪拌針的前部為圓錐螺紋結構，在該圓錐螺紋的圓周間隔開設3個螺旋凹槽；該螺旋凹槽的母線方向與攪拌針軸線方向夾角為35～45°，螺旋凹槽的根部半徑為1～2mm，深度為1～2mm。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的補焊攪拌頭，其所述的攪拌針夾持機構的軸肩部分端面外緣結構為倒圓角結構，其半徑R為0.5～1.0mm。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的補焊攪拌頭，其所述的攪拌針夾持機構軸肩部分端面的兩個同心圓環形凹槽，它們的徑向間隔在1～2mm。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的補焊攪拌頭，其所述的攪拌針的前部圓錐螺紋結構端面為平面結構，圓錐角度在15～20°。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的補焊攪拌頭，其所述的攪拌針的前部圓錐螺紋方向和螺旋凹槽方向均為左旋。

本發明所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的方法，其中貯箱焊接采用攪拌摩擦焊；設定焊縫的焊接起始點為A點，焊縫的焊接終點為C點；在實際攪拌摩擦焊接過程中，在A點至C點之間的某處B點攪拌針折斷，使得焊縫產生了“匙孔型”缺陷，需要修補焊縫；所述的修補焊縫方法包括如下步驟：

(a)首先對折斷在攪拌摩擦焊焊縫B點處的攪拌針進行手工挖排；

(b)然后對焊縫B點進行固相填充，即采用與貯箱母材相同牌號、相同狀態的焊絲或填充材料填充到攪拌針折斷處B點留下的“匙孔型”缺陷，并將焊絲或填充材料壓實；

(c)采用補焊攪拌頭，從攪拌針折斷處B點填充完焊絲或填充材料的區域中心開始攪拌摩擦焊接，直至焊接到設定的焊接終點C點；

(d)然后繼續采用補焊攪拌頭，從焊接起始點A點重新攪拌摩擦焊接一遍焊縫，直至焊接到焊接終點C點。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的方法，其步驟(a)所述的折斷在攪拌摩擦焊縫B點處的攪拌針進行手工挖排，具體為：首先對發生攪拌針折斷的攪拌摩擦焊焊縫進行X射線探傷，找出攪拌針折斷的準確位置；然后采用氣動凸輪銑刀，以折斷攪拌針為中心沿攪拌摩擦焊焊接方向，在焊縫正面挖去折斷攪拌針上層的焊縫金屬，直至露出折斷的攪拌針；最后將折斷的攪拌針從焊縫中剔除。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的方法，其所采用的補焊攪拌頭的攪拌針夾持結構軸肩部分直徑和攪拌針根部直徑均大于發生折斷的攪拌頭的軸肩部分直徑和攪拌針直徑。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的方法，其所述的補焊攪拌頭末端距離焊縫背部剛性墊板的距離增大到0.30～0.35mm。

如上所述的一種修補運載火箭貯箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷的方法，其所述的貯箱為8～10mm厚鋁合金。