[發(fā)明專利]一種大直徑運載火箭箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810697625.6
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108838508B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高彥軍;呼嘯;李延民;孫世烜;熊林玉;徐坤和;白景彬;高培濤;王志峰;王一;許可人;張玉芝
• 申請（專利權(quán)）人: 首都航天機械公司;中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

本發(fā)明公開了一種大直徑運載火箭箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊裝置及方法，該裝置包括轉(zhuǎn)臺、移動墊板裝置、N個分體膜胎以及N個外壓系統(tǒng)；轉(zhuǎn)臺為圓環(huán)狀臺面，其上均勻劃分成N個扇形區(qū)域，每個扇形區(qū)域上安裝一個分體膜胎，每個分體膜胎上安裝一個外壓系統(tǒng)，移動墊板裝置安裝在轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓區(qū)域，且能沿轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓區(qū)域徑向移動。應(yīng)用該裝置進行焊接的方法，能有效避免圓環(huán)組件的二次裝配，解決產(chǎn)品內(nèi)型面與墊板因二次裝配帶來的貼合不好，裝配質(zhì)量不高等問題，能夠保證補焊前的裝配質(zhì)量，實現(xiàn)補焊100％合格，保證了重型運載火箭超大直徑箱底縱縫焊接質(zhì)量，提高了產(chǎn)品制造精度及效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大直徑運載火箭箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊裝置及方法，屬于運載火箭箱底焊接技術(shù)領(lǐng)域，所述的大直徑是指運載火箭的貯箱直徑不小于7.5m。

背景技術(shù)

攪拌摩擦焊(FSW)為英國焊接研究所于1991年發(fā)明的一種固相焊接工藝，在焊接過程中攪拌頭將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能傳遞給被焊材料，由于焊接熱輸入量低，被焊金屬只發(fā)生塑性流動而不熔化，不會產(chǎn)生氣孔、熱裂紋、過燒及接頭軟化現(xiàn)象，適合于鋁、鎂等輕質(zhì)合金金屬的連接。目前該項工藝已經(jīng)在航空、船舶及航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，我國已經(jīng)將攪拌摩擦焊技術(shù)成功應(yīng)用在Ф3.35m運載火箭鋁合金貯箱箱底圓環(huán)縱縫的焊接上。

隨著未來對運載火箭有效載荷能力的不斷加強，研發(fā)直徑更大，有效載荷更多，推力更強的重型運載火箭是我國未來大規(guī)模開展空間站建設(shè)、載人登月及深空探測的有效途徑。在前期的論證工作中，重型運載火箭芯級橢球箱底直徑達到7.5m級，高度接近3～4.5m，箱底上的縱縫焊接若依舊采用Ф3.35m貯箱箱底焊接方案，則會給制造帶來很大的困難，主要體現(xiàn)在：

Ф3.35m焊接所用的膜胎為墊板不可拆卸與移動的整體死胎，焊接完成后需要將箱底從膜胎上吊下，剔除焊縫正面飛邊，打磨焊縫背部后才能進行超聲相控陣檢測。如果某條焊縫出現(xiàn)超標缺陷，則需要將整個圓環(huán)重新返回膜胎進行補焊。重型運載火箭箱底直徑達到Φ7.5m級以上，屬于超大超重產(chǎn)品，若焊接完成后將箱底吊離膜胎，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)需要補焊的超標缺陷，將箱底返回膜胎的難度巨大，由于焊接變形及收縮，一方面無法保證瓜瓣二次裝配高度與一次裝配時一致，另一方面回裝后箱底扣在膜胎上，擋住了焊接墊板，無法通過有效手段測量并保證4～6m長的瓜瓣縱縫內(nèi)形面與墊板外形面實現(xiàn)無間隙貼合。在裝配質(zhì)量不好的條件下進行補焊，無法保證補焊質(zhì)量，嚴重的情況下還會發(fā)生攪拌頭扎墊板，造成產(chǎn)品報廢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大直徑運載火箭箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種大直徑運載火箭箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊裝置，包括轉(zhuǎn)臺、移動墊板裝置、N個分體膜胎以及N個外壓系統(tǒng)；

轉(zhuǎn)臺為圓環(huán)狀臺面，其上均勻劃分成N個扇形區(qū)域，每個扇形區(qū)域上安裝一個分體膜胎，每個分體膜胎上安裝一個外壓系統(tǒng)，移動墊板裝置安裝在轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓區(qū)域，且能沿轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓區(qū)域徑向移動；

所述分體膜胎用于裝配瓜瓣，外壓系統(tǒng)用于將瓜瓣壓緊在對應(yīng)的分體膜胎上，移動墊板裝置用于焊接時支撐瓜瓣內(nèi)型面，N為運載火箭箱底圓環(huán)瓜瓣個數(shù)。

移動墊板裝置包括兩根直線導(dǎo)軌、支撐架、電機和墊板；兩根直線導(dǎo)軌沿轉(zhuǎn)臺中心線對稱安裝在轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓上，支撐架安裝在兩根直線導(dǎo)軌的滑塊上，墊板安裝在支撐架上，電機通過絲杠與支撐架連接，用于驅(qū)動支撐架在兩根直線導(dǎo)軌上沿轉(zhuǎn)臺內(nèi)圓區(qū)域徑向移動。

還包括鎖緊機構(gòu)，用于實現(xiàn)移動墊板裝置移動到位后的鎖緊。

所述墊板外型面與瓜瓣內(nèi)型面相匹配。

焊接時，墊板與相鄰兩個分體膜胎形成連續(xù)橢球曲面。

所述外壓系統(tǒng)分別沿瓜瓣兩側(cè)縱縫以及瓜瓣上下兩端將瓜瓣壓緊在對應(yīng)的分體膜胎上。

利用摩擦焊裝置的焊接方法，包括如下步驟：