[發明專利]航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法

在審

• 申請號: 202210705334.3
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114871557A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 夏宏營;趙禮;周光;張朋濤;王瑋;劉丹;孫躍;田書豪;張家杰
• 申請（專利權）人: 南京晨光集團有限責任公司
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K15/00;B23K37/053;B23K101/12;B23K103/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明提供一種航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法，主要包括：貯箱薄壁筒體零件、半球形封頭零件的電子束熔絲成形制造，筒體和封頭零件機加工、筒形貯箱電子束焊接。首先采用鈦合金絲材進行零件電子束熔絲成形工藝試驗，獲得優選的成形工藝參數；其次，進行筒形貯箱零件的電子束熔絲成形制造；接著，進行零件的機加工、熱處理；最后，進行筒形貯箱零件的真空電子束焊接。本發明還提供一種薄壁筒形貯箱的電子束焊接工裝，該裝置主要通過階梯膨脹內襯與前、后錐蓋的配合實現內襯的脹緊和收縮，對待焊筒體進行剛性支撐，保證薄壁筒體的焊后同軸度滿足要求，保證筒體焊縫背面無飛濺，提高薄壁筒形貯箱的焊縫成形質量。

技術領域

本發明屬于航天貯箱制造、電子束焊接技術領域，特別是一種航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法。

背景技術

隨著航空航天的不斷發展，對筒形燃料貯箱提出了輕質、高排放率的要求，以提高燃料的利用率。鈦合金相對傳統的防銹鋁合金，具有比強度、比剛度高，耐蝕性好的優勢，已逐漸被用于筒形燃料貯箱的研制中。

鈦合金筒形燃料貯箱內腔裝填燃料，通過筒體內部活塞的單向運動實現燃料的排出。為了確保貯箱內燃料的利用率，要求筒體內壁與活塞間盡可能無間隙，因此，對筒體內壁粗糙度和圓度要求高。但是，現有加工條件無法滿足此類薄壁大長徑比筒體的整體機加工，需要采用分段加工+筒體焊接的方法制造。

傳統薄壁筒形鈦合金貯箱常采用的制造方法主要有：直徑較小的筒形貯箱一般采用圓棒整體機加工+焊接，組裝成較長的貯箱筒體；尺寸較大的筒形貯箱一般采用熱沖壓(旋壓)后機加工+焊接，組裝成貯箱筒體。上述兩種制造方法均需要去除大量原材料，材料利用率極低，且加工周期長、生產成本高。電子束熔絲成形技術具有熔敷金屬效率高，質量好等優點，可用于薄壁筒形貯箱零件的制造。

此外，由于采用零件精加工后再焊接，對壁厚≤3mm的中薄壁筒體零件焊接，如采用普通熔化焊，由于熱輸入大，焊接熱源能量密度低，將導致筒體焊后變形大，尺寸精度難以控制。真空電子束焊接具有能量密度高、熱輸入小、焊縫變形小的優點，適用于此類薄壁筒形貯箱的焊接。但是，真空電子束焊接薄壁筒體存在以下問題：筒體剛性差、焊后變形導致筒體同軸度超差以及穿透焊時背部飛濺難以清理等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于電子束熔絲成形技術的航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法，提高材料利用率，降低生產成本，提高生產效率，同時減小零件焊后變形，改善焊接質量。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法，

建立零件模型并對模型進行切片預處理，然后進行貯箱零件的電子束熔絲成形制造：

電子束熔絲成形包括筒形零件成形和半球形零件成形，將成形零件裝夾在卡盤上隨軸旋轉，通過調整旋轉軸偏轉角度避免熔池坍塌；采用工作臺液冷散熱裝置，并在熔敷層數≥10時，采用電子束流逐層衰減的工藝，降低熔敷體熱量累積；

然后對電子束熔絲成形后的零件進行真空熱處理、機加工，保證零件的最終加工尺寸；

進行筒形貯箱零件的真空電子束焊接：

加熱大直徑待焊筒體焊口部位，將小直徑待焊筒體零件插入大直徑筒體零件止口部位，點焊固定兩段筒體零件和半球形零件形成筒形貯箱零件；通過內襯工裝將筒形貯箱零件脹緊后進行真空電子束焊接。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：

(1)采用傳統圓棒機加工方法制造薄壁筒形貯箱生產周期長、材料去除率高，且成本高昂，本發明借助電子束熔絲成形+精密機加工+真空電子束焊接技術，提出了航天器薄壁筒形貯箱的真空電子束制造方法，生產周期大幅縮短，特別適用于航天器貯箱小批量多型號快周轉的科研生產現狀。