CN103521557A - 长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，包括以下步骤：一，将前封头和后封头分别用三爪卡盘卡住，保证前、后封头轴线同心；二，用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，并在环焊缝侧相应位置标注相对高点和相对低点；三，根据测量的圆跳动分析焊缝形状并确定电弧加热校形的起弧位置、收弧位置和校形顺序；四，根据校形轨迹和校形顺序进行电弧加热校形。本发明具有如下优点：1、工艺装备简单，完全利用焊接时的设备及工装夹具；2、工艺过程简单，适用性强；3、效果明显，通常情况下经过1～2次校形即可满足设计要求；4、效率高、成本低、耗时短。

Description

长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法

技术领域

本发明涉及一种热校形方法，尤其涉及一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，属于焊接技术领域。

 

背景技术

燃烧室壳体内部通过燃料或推进剂的燃烧为火箭弹飞行提供动力，燃烧室壳体作为一种关键件，应具备如下特点：1）具备高强度和耐高温性能；2）质量轻，通常采用圆筒薄壁结构。

某火箭弹采用箱式发射，对其燃烧室壳体的直线度和圆度要求较高。燃烧室壳体材料为超高强钢，主要由前封头、圆筒前段、圆筒后段和后封头四部分焊接而成，前封头和后封头为机加件，长度分别约为200mm，圆筒前段和圆筒后段为旋压件，长度分别约为2000mm。由于旋压是金属材料受挤压产生塑性变形的过程，残余应力很大，并且圆筒前段和圆筒后段的长度较长，所以圆筒前段和圆筒后段的直线度和圆度精度通常较差，最终将导致组焊成的燃烧室壳体直线度和圆度也较差，影响火箭弹的发射精度。

超高强度钢圆筒薄壁焊接结构的变形问题一直是燃烧室壳体生产制造的重点和难点，为保证其制造精度，通常需要控制焊接变形和采取焊后校形。控制焊接变形主要是通过专用工装夹具对焊接部位进行“内撑外抱”固定后再进行焊接，由于前封头和后封头都是机加件且壁厚，即使与其配合的旋压件端面圆度较差，采用这种方式焊接后也可将其撑圆。另外，由于其长度短，对整个燃烧室壳体的直线度和圆度影响较小。因此，前封头与圆筒前段以及后封头和圆筒后段之间环焊缝的变形问题很容易解决，即使稍有变形也对整个燃烧室壳体的影响不大。但是，圆筒前段和圆筒后段长度长、壁薄，它们之间的环焊缝对整个燃烧室壳体的直线度和圆度影响非常大，虽然采用上述方式也能够在一定程度上控制其焊接变形，但由于圆筒前段和圆筒后段的结构和制造工艺的原因，上述方式仍然很难保证整个燃烧室壳体满足设计要求，需要采取校形。

目前，燃烧室壳体主要的校形方法有两种，一种是将其垂直悬挂在井式炉中进行热处理校形，为提高效果通常辅以热胀型夹具。另一种是在圆筒前段和圆筒后段之间的环焊缝上施加外力进行校形。前者工艺复杂且效果不明显；而后者对施加的外力要求非常高，外力过大容易将圆筒压扁，外力较小效果又不明显，再加之燃烧室壳体均由高强度钢制作，校形过程回弹现象非常厉害，往往需要反复多次才能达到预定效果，在实际生产中这两种工艺方法的局限性较明显，急需改进。

 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种工艺过程简单、实用、效果明显的长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，解决长圆筒薄壁焊接结构现有校形工艺过程复杂、难度大且效果不明显的问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，燃烧室壳体主要由前封头、圆筒前段、圆筒后段和后封头四部分组成，焊接时先焊接前封头与圆筒前段，以及后封头与圆筒后段，然后再焊接圆筒前段与圆筒后段；所述圆筒前段和圆筒后段为长圆筒薄壁结构，该连接处焊接后形成环焊缝，校形方法如下：

第一步，将前封头和后封头分别用三爪卡盘卡住，保证前、后封头轴线同心；

第二步，用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，并在焊缝侧相应位置标注环焊缝的相对高点和低点，然后根据测量结果分析燃烧室壳体圆筒前段与圆筒后段环焊缝的形状，并确定电弧校形的起弧点和收弧点，以及校形顺序；

第三步，根据第二步确定的起弧点、收弧点和校形顺序进行局部电弧加热校形；

第四步，校形完成后，移开焊枪，待校形位置冷却至常温后再用百分表测量环焊缝侧的圆跳动及燃烧室壳体的直线度，若圆跳动和直线度均满足≤1mm，则合格，取下燃烧室壳体；若不合格则重复第二、三步，在满足补焊次数要求的情况下直至合格为止。

作为一种优选方式，在第二步中，测量位置在环焊缝侧即是指测量位置应尽量接近焊缝，但不能在焊缝及其边缘上。

作为一种优选方式，在第二步中，确定电弧加热轨迹和顺序的方法步骤如下：

1）用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，记录测量结果，并在圆筒焊缝侧相应位置标注相对高点和相对低点；

2）根据圆跳动测量结果分析环焊缝形状，由燃烧室壳体结构及生产制造工艺可知测量结果通常有两种情况：

a、百分表所测相对高点有两个并呈对称分布，相对低点也有两个，也成对称分布，相对高点连线与相对低点连线互相垂直；此种情况燃烧室壳体圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝呈椭圆形；

b、百分表所测相对高点和相对低点各一个，且它们近似对称分布；此种情况燃烧室壳体呈弯形；

3）若圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝为椭圆形，局部电弧加热校形的轨迹为由高点向低点运动；将B、D标定为低点， C、E标定为高点时，则校形的轨迹为E→B，E→D，C→B，C→D；若燃烧室壳体为弯形，局部电弧加热校形的轨迹为由低点向高点运动，但为提高校形效果通常校形的起弧点在相对高点与相对低点的中间位置；将B标定为低点，D标定为高点时，C和E分别为B与D连线的中垂线与圆筒前段及圆筒后段之间环焊缝的交点，则校形的轨迹为E→D，C→D。

4. 作为一种优选方式，第三步中，环焊缝的校形顺序为交叉对称校形。   

5. 作为一种优选方式，在第四步中,所述局部电弧加热校形近似看作补焊，其校形次数应少于或者等于3次。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过本发明所述的局部电弧加热校形方法，带来以下优点：

1）、工艺装备简单，完全利用焊接时的设备及工装夹具；

2）、工艺过程简单，实用性强；

3）、效果明显，在常情况下，通过1～2次校形即可满足设计要求；

4）、效率高、成本低，耗费时间及成本通常不及热处理校形及施加外力校形的十分之一。

 

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖面结构示意图；

图3是本发明的实施例2的结构示意图；

图4是实施例1校形焊接时指示点示意图；

图5是实施例2校形焊接时指示点示意图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

燃烧室壳体虽然很长，但其前、后封头较短，且前、后封头均为机加件，零件尺寸非常精确，而圆筒前段和圆筒后段壁薄且长，其加工工艺为旋压，尺寸精度差、变形大，因此燃烧室壳体直线度和圆度超差最主要的原因为圆筒前段与圆筒后段之间的环焊缝导致的，而本发明主要是通过校正圆筒前段与圆筒后段环焊缝及其两侧的圆度来提高燃烧室壳体的质量。其中，所指的圆度是指将百分表安装在某一固定位置，然后旋转燃烧室的圆筒，通过百分表在环焊缝侧测量所得的最大值和最小值之间的差值，这个差值的大小将直接反应燃烧室环焊缝处的质量好坏。

实施例1 

如图1、图2所示，一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，燃烧室壳体主要由前封头1、圆筒前段2、圆筒后段3和后封头4四部分组成，所述圆筒前段和圆筒后段的连接处为长圆筒薄壁结构。半自动钨极氩弧焊焊接完成前封头与圆筒前段、后封头与圆筒后段以及圆筒前段与圆筒后段之间的环焊缝后，卸下圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝的内撑夹具和外抱夹具，然后用百分表测量该环焊缝侧的圆跳动，根据测量结果确定电弧加热校形的轨迹及先后顺序。其具体校形方法如下：

第一步，将前封头和后封头分别用三爪卡盘卡住，保证前后封头轴线同心。

第二步，采用电弧加热，并确定电弧加热轨迹和顺序：根据百分表所测得的圆跳动变形情况及变形趋势，分析环焊缝形状并确定电弧加热校形的起弧位置和收弧位置，并在环焊缝侧标注。

具体来说：确定电弧加热校形轨迹和顺序的方法步骤如下：

a、用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，记录测量结果，并在圆筒焊缝侧标注相对高点和相对低点。（其中：相对高点和相对低点的基准点对高点和低点的位置没有影响，比如由于选定的基准不同，M可能测得的范围在-1.5～+3.5之间，但N可能测得范围在0～5之间，但是M的-1.5与N的0应在同一位置，同样M的3.5与N的5也应在同一位置，高点与低点的数值只有比较意义，高点和低点的差值大小反应燃烧室壳体的质量。）标记应距电弧校形边缘20～30mm，以防止污染校形焊缝。

b、根据圆跳动测量结果分析环焊缝形状：百分表测得相对高点有两个并呈对称分布，相对低点也有两个，其连线与相对高点的连线垂直相交；燃烧室壳体圆筒前段与圆筒后段环焊缝为椭圆形；椭圆形的环焊缝主要是影响燃烧室壳体的圆度。

圆筒前段与圆筒后段环焊缝呈椭圆形是针对该焊缝而言的，如图1所示，虽然该环缝呈椭圆形，但此处椭圆的圆心与前后封头的圆心在一条直线上，因此百分表测得的圆跳动加上基准值就是椭圆的形状，也即环焊缝的形状。

如图2所示，图中的虚线即为标准参考环线，而环焊缝的形状与之形成一定的偏差。

c、进行局部电弧加热校形：

如图4所示，局部电弧加热校形的轨迹为由高点向低点运动；将B、D标定为低点， C、E标定为高点时，则校形的轨迹为E→B，E→D，C→B，C→D。

第三步，将焊枪移至标注的起弧位置，用焊接环焊缝的焊接规范进行不填丝焊接至收弧位置，然后依次按顺序执行完成所有需要局部电弧加热校形的焊缝；环焊缝的校形顺序为交叉对称校形。

第四步，将焊枪移开，待校形位置冷却后再用百分表测量环焊缝侧的圆跳动及燃烧室壳体的直线度，若圆跳动和直线度均满足≤1mm则合格，则取下燃烧室壳体，若不合格则重复第二、三步，在满足补焊次数要求少于或者等于3次的情况下直至合格为止。

实施例2：

如图3所示，一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，燃烧室壳体主要由前封头1、圆筒前段2、圆筒后段3和后封头4四部分组成，所述圆筒前段和圆筒后段的连接处为长圆筒薄壁结构。

实施例2与实施例1的测量方法类同，只是根据圆跳动测量结果分析环焊缝形状为弯形：即百分表测得相对高点和相对低点各一个，相对高点和相对低点呈近似对称分布；燃烧室壳体形状为弯形；此种情况既影响燃烧室壳体的圆度也影响其直线度。

燃烧室壳体呈弯形是针对整个燃烧室壳体的形状而言的，与实施例1中提到的椭圆形有区别，椭圆形是针对圆筒前段与圆筒后段的环焊缝来说的。如图3所示，百分表测量时是固定在设备的某一位置，如图3中A点。燃烧室壳体沿前封头和后封确定的中心线旋转，由于燃烧室壳体是弯形，圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝的中心线与前、后封头确定的中心线未在一条直线上，因此，当燃烧室壳体旋转时百分表A与A1点接触时，百分表显示的数值最小，当燃烧室壳体旋转时百分表A与A2点接触时显示的数值最大。

即图3中的A1为相对低点，而A2为相对高点。

然后，进行局部电弧加热校形：如图5所示，局部电弧加热校形的轨迹应为由低点向高点运动，但为提高校形效果，实际校形轨迹可取低点与高点的近似中间位置向相对高点运动，即，将A1标定为低点，A2标定为高点时，G和F分别为A1与A2连线的中垂线与圆筒前段及圆筒后段之间环焊缝的交点，则校形的轨迹为F→A2，G→A2。

本发明所述的校形方法具备以下优点：

1、 由于先将前封头和圆筒前段、后封头和圆筒后段焊接好后再焊接圆筒前段与圆筒后段之间的环焊缝，所以拆除圆筒前段与圆筒后段之间环缝的内撑夹具和外抱夹具后即可测量圆跳动，无需再进行复杂的装配以及额外的设备和专用工装夹具，完全利用焊接圆筒前段与圆筒后段的环焊缝设备；减少设备的投入。

2、局部电弧加热校形与焊接圆筒前段和圆筒后段之间的环焊缝操作类似，校形位置在圆筒前段与圆筒后段的环焊缝上，不会在其它位置产生新的焊缝。为避免焊缝正面余高过高，校形时通常进行不填丝焊接；局部电弧加热校形可近似等同为返修焊，为保证焊缝质量局部电弧加热校形次数在同一位置通常允许2次，最多不超过3次；整个操作过程与焊接圆筒前段与圆筒后段的环焊缝类似，不需要特定的焊工即可完成，减少人工成本。

3、本发明所用的局部电弧加热校形是在原焊缝的位置上进行再次“焊接”，有所不同的是通常不添加焊丝，但可等同于再次焊接或返修焊，不同行业对返修焊的次数有明确的规定，如航天QJ 1842-95第6.4条的相关规定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，燃烧室壳体主要由前封头、圆筒前段、圆筒后段和后封头四部分组成，焊接时先焊接前封头与圆筒前段，以及后封头与圆筒后段，然后再焊接圆筒前段与圆筒后段；所述圆筒前段和圆筒后段为长圆筒薄壁结构，该连接处焊接后形成环焊缝，其特征在于，校形方法如下：

第一步，将前封头和后封头分别用三爪卡盘卡住，保证前、后封头轴线同心；

第二步，用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，并在焊缝侧相应位置标注环焊缝的相对高点和低点；然后根据测量结果分析燃烧室壳体圆筒前段与圆筒后段环焊缝的形状，并确定电弧校形的起弧点和收弧点，以及校形顺序；

第三步，根据第二步确定的起弧点、收弧点和校形顺序进行局部电弧加热校形；

第四步，校形完成后，移开焊枪，待校形位置冷却至常温后再用百分表测量环焊缝侧的圆跳动及燃烧室壳体的直线度，若圆跳动和直线度均满足≤1mm，则合格，取下燃烧室壳体；若不合格则重复第二、三步，在满足补焊次数要求的情况下直至合格为止。

2.如权利要求1所述的长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，其特征在于：在第二步中，测量位置在环焊缝侧即是指测量位置应尽量接近焊缝，但不能在焊缝及其边缘上。

3. 如权利要求1所述的长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，其特征在于：在第二步中，确定电弧加热轨迹和顺序的方法步骤如下：

1）用百分表测量圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝侧的圆跳动，记录测量结果，并在圆筒焊缝侧相应位置标注相对高点和相对低点；

2）根据圆跳动测量结果分析环焊缝形状，由燃烧室壳体结构及生产制造工艺可知测量结果通常有两种情况：

a、百分表所测相对高点有两个并呈对称分布，相对低点也有两个，也成对称分布，相对高点连线与相对低点连线互相垂直；此种情况燃烧室壳体圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝呈椭圆形；

b、百分表所测相对高点和相对低点各一个，且它们近似对称分布；此种情况燃烧室壳体呈弯形；

3）若圆筒前段与圆筒后段之间环焊缝为椭圆形，局部电弧加热校形的轨迹为由高点向低点运动；将B、D标定为低点， C、E标定为高点时，则校形的轨迹为E→B，E→D，C→B，C→D；若燃烧室壳体为弯形，局部电弧加热校形的轨迹为由低点向高点运动，但为提高校形效果通常校形的起弧点在相对高点与相对低点的中间位置；将B标定为低点，D标定为高点时，C和E分别为B与D连线的中垂线与圆筒前段及圆筒后段之间环焊缝的交点，则校形的轨迹为E→D，C→D。

4.如权利要求1或者2中任一权利要求所述的长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，其特征在于：在第三步中，环焊缝的校形顺序为交叉对称校形。

5.如权利要求1所述的长圆筒薄壁结构局部电弧加热校形方法，其特征在于：在第四步中，所述局部电弧加热校形近似看作补焊，其校形次数应少于或者等于3次。

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