[發明專利]一種5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法

在審

• 申請號: 201911384329.1
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111069856A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 宋建嶺;韓國良;丁吉坤;王惠苗;蒙丹陽;鄭曉燕;范紫龍;田龍;王昆;李楠;劉靜;馬康;趙英杰;劉琦輝
• 申請（專利權）人: 天津航天長征火箭制造有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K31/00;B23K31/02;B23K37/053
• 代理公司: 天津濱?？凭曋R產權代理有限公司 12211
• 代理人: 耿樹志

本發明提供了一種5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法，包括在形成封閉的貯箱之前，先在需要焊接法蘭的單個目標筒段進行機械開孔并焊接法蘭的步驟。本發明所述的5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法，貯箱筒段開孔由整箱狀態下手工開孔改進為單個筒段狀態下機械開孔，開孔精度提高，為后續保證焊接質量和減小焊接變形奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于火箭燃料貯箱焊接技術領域，尤其是涉及一種5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法。

背景技術

新一代運載火箭承擔著探月和深空探測的任務，燃料貯箱直徑為Ф5000mm，用于燃料的加注、貯存、輸送并承受箭體飛行過程中全部的結構載荷。貯箱由兩個半球型箱底和中間若干筒段拼焊而成，箱底和筒段的厚度在3-10mm范圍內，加注燃料、輸送燃料等功能的實現需要在箱底或中間筒段上開孔進行法蘭的焊接，一般情況，法蘭都是分布在箱底結構上，但由于結構需求，部分法蘭分布在筒段上，需要在中間筒段的特殊指定位置裝配焊接若干法蘭，法蘭呈“工”字型，“工”字型下端與筒段開孔處對接焊接，法蘭焊接端直徑為100-300mm，焊接區厚度與筒段厚度相同，整體結構如圖1所示。通常燃料貯箱的裝配焊接順序一般先將第一個箱底和第一個筒段對合焊接，再將第一個筒段與第二個筒段對合焊接，以此類推，直至將所有筒段對合焊接完畢，然后將另一個箱底與最后一個筒段對合焊接，形成封閉的貯箱，貯箱焊接完成后，在筒段上手工開孔，搓修開孔尺寸與法蘭配合，使用工裝固定法蘭和筒段的待焊部位，手工完成焊接。

筒段結構大、壁薄、剛性弱，如果采用在外部機械開孔，筒段內側為封閉的空間，無法安裝筒段內撐裝置，整個貯箱也很難實現裝卡，進而無法完成機械開孔，只能采用手工開孔。而手工開孔的過程是，先使用鉆頭整圈打孔，取下中間的余料，再用鉆頭和刮刀修整開孔圓內側尺寸，精度很難保證，開孔圓度最大差值可達1mm，導致法蘭與筒段開孔處對合時的裝配條件較差，影響焊接質量，焊縫易出現應力集中，進而導致貯箱承載失效風險。

此外，手工焊接受焊工技能影響較大，焊接質量波動性大。焊縫屬于封閉的環形焊縫，結構受力復雜，手工焊接過程中，焊縫受力不均勻，焊接接頭的拘束度較大，焊后產生的殘余應力也較大，導致該處焊縫附近變形較大，進而影響了法蘭在該處的形位尺寸，導致后續對接管路的工作難于實現。

同時，焊接熱輸入得到有效控制后，焊縫附近變形量較小，但該變形仍然目視可見。焊縫的殘余應力是無法避免的，該力會讓筒段上靠近焊縫的地方出現翹曲變形，變形區距離筒段邊緣較近，進而影響了筒段邊緣的圓度，在后續筒段與筒段對接焊時，影響裝配質量，無法保證焊接質量，變形的實際型面與理論型面的差值達5-10mm。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法，以克服現有技術的缺陷，貯箱筒段開孔由整箱狀態下手工開孔改進為單個筒段狀態下機械開孔，開孔精度提高，為后續保證焊接質量和減小焊接變形奠定了基礎。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種5米直徑筒段法蘭的裝配焊接及形位尺寸控制方法，包括在形成封閉的貯箱之前，先在需要焊接法蘭的單個目標筒段進行機械開孔并焊接法蘭的步驟。

優選的，在需要焊接法蘭的單個目標筒段進行機械開孔的方法為：將筒段放置在平臺上，呈平躺姿態，使用內撐裝置將筒段撐圓，使用銑刀在筒段外側的指定位置開孔；

優選的，開孔時，采用先在指定位置開設比目標孔徑小一定長度范圍的孔，再逐步向外擴大銑切直徑，直至達到目標開孔直徑為止的方法。

優選的，內撐裝置采用中國發明專利申請CN201510065305.5公開的5M級貯箱封箱環縫內撐裝置。

優選的，使用內撐裝置將筒段撐圓的標準為將筒段內側撐緊，保證筒段外側整圈圓度在0.2mm以內。

優選的，焊接法蘭的方法包括以下步驟：