CN104400212A - 运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法。该装置包括床身，床头和床尾分别设置在床身上方两端；在床头和床尾之间依次设置前过渡环、右外定位压紧机构、左外定位压紧机构和后过渡环；内撑机构、杆系支撑机构分别挂在床头伸缩轴和床尾伸缩轴上，并可以随轴伸缩水平移动；搅拌主机设置在床身上。该方法包括前底与第1段筒段、前短壳和前底、其余筒段和筒段的焊接、筒段和后底、后短壳和后底的焊接。本发明可实现贮箱一次装夹，原位铣边和焊接，装备精度和焊接效率都大大提高；可以实现火箭贮箱的高精度、高效率焊接，效果良好。

Description

运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法
技术领域
本发明涉及航天设备焊接技术领域，具体涉及一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法。
背景技术
搅拌摩擦焊技术由于存在接头质量高、缺陷少、变形小等诸多技术优势，已经成为航天领域中铝合金贮箱焊接的一种非常理想的焊接方法。推进器贮箱是由1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成。目前我国还没有一套完整的卧式结构的贮箱环缝搅拌摩擦焊设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以实现火箭贮箱的高精度、高效率焊接的运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法。
实现本发明目的的技术方案：一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，所述的贮箱为1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成；该装置包括床身，床头和床尾分别设置在床身上方两端；在床头和床尾之间依次设置前过渡环、右外定位压紧机构、左外定位压紧机构和后过渡环；内撑机构、杆系支撑机构分别挂在床头伸缩轴和床尾伸缩轴上，并可以随轴伸缩水平移动；搅拌主机设置在床身上；
所述的床头在床头本体的一侧固定床头法兰盘，在床头法兰盘中心延伸出床头伸缩轴；其中，前过渡环一端固定在床头法兰盘上，另一端用于与贮箱的前短壳定位连接；内撑机构固定在床头伸缩轴上，内撑机构用于从贮箱内部将其撑紧并锁定；
所述的床尾在床尾本体的一侧固定床尾法兰盘，在床尾法兰盘中心延伸出床尾伸缩轴；其中，后过渡环一端与床尾法兰盘连接，另一端用于与贮箱的后短壳定位连接；杆系支撑机构固定在床尾伸缩轴上，杆系支撑机构用于从贮箱内部将其撑紧并锁定。
如上所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其所述的床身包括主床身和副床身，主床身和副床身之间通过若干加强梁连接；所述的搅拌主机安装在副床身上。
如上所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其所述的右外定位压紧机构和左外定位压紧机构均设置在贮箱外，并可沿床身移动，焊接过程中带动贮箱旋转，用于定位贮箱和锁紧。
如上所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其所述的床头本体通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构一与右外定位压紧机构一起移动；所述的床尾本体通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构二与左外定位压紧机构一起移动。
如上所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其所述的内撑机构包括3个，分别用于贮箱的前底和筒段的焊接、前短壳和前底的焊接、筒段和筒段的焊接；所述的杆系支撑机构包括2个，分别用于后底和筒段的焊接、后短壳和后底的焊接。
本发明所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式焊接方法，所述的贮箱是由1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成；其包括如下步骤：
(a)将前短壳和前底组合件吊装到床头上，将前短壳与前过渡环按象限连接；将第1段筒段吊装于床尾上，将其与后过渡环按象限连接；将右外定位压紧机构运动到前底处，定位并压紧前短壳和前底，将左外定位压紧机构运动到第1段筒段处，定位并压紧第1段筒段；将内撑机构吊装于床头伸缩轴上，推进到前底与第1段筒段内部接头处，撑紧前底与第1段筒段；将搅拌主机运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接前底与第1段筒段；
(b)焊接完筒段和前底后，将内撑机构退出，换上第2个内撑机构，推进到前底与前短壳内部接头处，撑紧前底与前短壳；将右外定位压紧机构运动到前短壳端，定位并压紧前短壳，将左外定位压紧机构运动到前底端，定位并压紧前底；将搅拌主机运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接前短壳和前底；
(c)焊接完前短壳和前底后，将第2个内撑机构退出，换上第3个内撑机构，将第2段筒段吊装于床尾上，将其与后过渡环按象限连接；用第3个内撑机构上撑紧第1段筒段与第2段筒段；将右外定位压紧机构运动到第1段筒段端，定位并压紧，将左外定位压紧机构运动到第2段筒段端，定位并压紧；将搅拌主机运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
(d)重复步骤(c)，进行其余筒段和筒段的焊接；
(e)将后短壳和后底组件吊装到床尾上，将后短壳与后过渡环按象限连接；使后短壳和后底与筒段按象限对齐；将右外定位压紧机构驱动到筒段端，定位并压紧筒段，将左外定位压紧机构驱动到后底端，定位并压紧后短壳和后底；将2个杆系支撑机构分别推进到后短壳与后底接头处、后底与筒段接头处，撑紧后底与筒段；将搅拌主机运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接筒段和后底；
(f)焊接完筒段和后底后，将左外定位压紧机构运动到后短壳端，定位并压紧后短壳；将右外定位压紧机构运动到后底端，定位并压紧后底；杆系支撑机构撑紧后底和后短壳；将搅拌主机运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接后短壳和后底。
如上所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式焊接方法，其焊接过程中，贮箱的各部件水平旋转，搅拌主机侧面卧式搅拌摩擦焊接。
本发明的效果在于：本发明所述的运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法中，贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接卧式装置总长三十米，可最大焊接长十几米的火箭贮箱。本发明应用外定位压紧方式，并且集主驱动为一体，在焊接过程中定位可靠、贮箱所受扭矩小、安装精度高。此外，本发明可实现贮箱一次装夹，原位铣边和焊接，装备精度和焊接效率都大大提高。封箱焊接时，杆系支撑性能可靠，拆卸方便。总之，该薄壁贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接卧式装置可以实现火箭贮箱的高精度、高效率焊接，收到良好效果。
附图说明
图1为运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置结构示意图；
图2为床身结构示意图
图3为床头结构示意图
图4为床尾结构示意图
图中：1-床尾；2-后过渡环；3-杆系支撑机构；4-左外定位压紧机构；5-搅拌主机；6-贮箱；7-右外定位压紧机构；8-内撑机构；9-前过渡环；10-床头；11-床身；14-主床身；15-加强梁；16-副床身；17-床头本体；18-床尾本体；19-床头伸缩轴；20-床头法兰盘；21-拖拽机构一；24-床尾法兰盘；25-床尾伸缩轴；26-拖拽机构二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置及方法作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，所述的贮箱6为1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成。该装置包括床身11，床头10和床尾1分别设置在床身11上方两端；在床头10和床尾1之间依次设置前过渡环9、右外定位压紧机构7、左外定位压紧机构4、和后过渡环2；内撑机构8、杆系支撑机构3分别挂在床头伸缩轴19和床尾伸缩轴25上，并可以随轴伸缩水平移动。
如图2所示，所述的床身11包括主床身14和副床身16，主床身14和副床身16之间通过若干加强梁15连接，可以更好的消除搅拌摩擦力对机床精度的影响。所述的搅拌主机5安装在副床身16上。
如图3所示，所述的床头10在床头本体17的一侧固定床头法兰盘20，在床头法兰盘20中心延伸出床头伸缩轴19；其中，前过渡环9一端固定在床头法兰盘20上，另一端用于与贮箱6的前短壳定位连接；内撑机构8固定在床头伸缩轴19上，内撑机构8用于从贮箱6内部将其撑紧并锁定。床头本体17通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构一21与右外定位压紧机构7一起移动。
如图4所示，所述的床尾1在床尾本体18的一侧固定床尾法兰盘24，在床尾法兰盘24中心延伸出床尾伸缩轴25；其中，后过渡环2一端与床尾法兰盘24连接，另一端用于在焊接过程中与贮箱6的多段筒段及后短壳定位连接；杆系支撑机构3固定在床尾伸缩轴25上，杆系支撑机构3用于从贮箱6内部将其撑紧并锁定。床尾本体18通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构二26与左外定位压紧机构4一起移动。
所述的右外定位压紧机构7和左外定位压紧机构4均设置在贮箱6外，并可沿床身11移动，用于外定位和锁紧，以及搅拌摩擦焊接时贮箱6转动的主驱动力。(例如：右外定位压紧机构7和左外定位压紧机构4，通过电机带动齿轮产生旋转主运动，径向靠压环收合实现定位压紧。现有技术即可实现。)
所述的内撑机构8包括3个，分别用于贮箱6的前短壳和前底的焊接、前底和筒段的焊接、筒段和筒段的焊接，实现贮箱6的在位铣边和原位焊接。例如：内撑机构8通过气缸带动撑块径向运动，实现对贮箱6撑紧。采用现有技术即可实现。
所述的杆系支撑机构3包括2个，分别用于后底和筒段的焊接、后短壳和后底的焊接，实现贮箱6的在位铣边和原位焊接。例如：杆系支撑机构3同内撑机构8结构类似，只是做成可拆卸的。采用现有技术即可实现。
实施例2
采用实施例1所述的卧式装置的运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式焊接方法，所述的贮箱6是由1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成；该焊接方法包括如下步骤：
(a)将前短壳和前底组合件吊装到床头10上，将前短壳与前过渡环9按象限连接；将第1段筒段吊装于床尾1上，将其与后过渡环2按象限连接；将右外定位压紧机构7运动到前底处，定位并压紧前短壳和前底，将左外定位压紧机构4运动到第1段筒段处，定位并压紧第1段筒段；将内撑机构8吊装于床头伸缩轴19上，推进到前底与第1段筒段内部接头处，撑紧前底与第1段筒段；将搅拌主机5运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接前底与第1段筒段；
(b)焊接完筒段和前底后，将内撑机构8退出，换上第2个内撑机构，推进到前底与前短壳内部接头处，撑紧前底与前短壳；将右外定位压紧机构7运动到前短壳端，定位并压紧前短壳，将左外定位压紧机构4运动到前底端，定位并压紧前底；将搅拌主机5运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接前短壳和前底；
(c)焊接完前短壳和前底后，将第2个内撑机构退出，换上第3个内撑机构，将第2段筒段吊装于床尾1上，将其与后过渡环2按象限连接；用第3个内撑机构上撑紧第1段筒段与第2段筒段；将右外定位压紧机构7运动到第1段筒段端，定位并压紧，将左外定位压紧机构4运动到第2段筒段端，定位并压紧；将搅拌主机5运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
(d)重复步骤(c)，进行其余筒段和筒段的焊接；
(e)将后短壳和后底组件吊装到床尾1上，将后短壳与后过渡环2按象限连接；使后短壳和后底与筒段按象限对齐；将右外定位压紧机构7驱动到筒段端，定位并压紧筒段，将左外定位压紧机构4驱动到后底端，定位并压紧后短壳和后底；将2个杆系支撑机构3分别推进到后短壳与后底接头处、后底与筒段接头处，撑紧后底与筒段；将搅拌主机5运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接筒段和后底；
(f)焊接完筒段和后底后，将左外定位压紧机构4运动到后短壳端，定位并压紧后短壳；将右外定位压紧机构7运动到后底端，定位并压紧后底；杆系支撑机构3撑紧后底和后短壳；将搅拌主机5运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接后短壳和后底。
焊接过程中，贮箱6的各部件水平旋转，搅拌主机5侧面卧式搅拌摩擦焊接。

Claims (7)

1.一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，所述的贮箱(6)为1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成；其特征在于：该装置包括床身(11)，床头(10)和床尾(1)分别设置在床身(11)上方两端；在床头(10)和床尾(1)之间依次设置前过渡环(9)、右外定位压紧机构(7)、左外定位压紧机构(4)和后过渡环(2)；内撑机构(8)、杆系支撑机构(3)分别挂在床头伸缩轴(19)和床尾伸缩轴(25)上，并可以随轴伸缩水平移动；搅拌主机(5)设置在床身(11)上；
所述的床头(10)在床头本体(17)的一侧固定床头法兰盘(20)，在床头法兰盘(20)中心延伸出床头伸缩轴(19)；其中，前过渡环(9)一端固定在床头法兰盘(20)上，另一端用于与贮箱(6)的前短壳定位连接；内撑机构(8)固定在床头伸缩轴(19)上，内撑机构(8)用于从贮箱(6)内部将其撑紧并锁定；
所述的床尾(1)在床尾本体(18)的一侧固定床尾法兰盘(24)，在床尾法兰盘(24)中心延伸出床尾伸缩轴(25)；其中，后过渡环(2)一端与床尾法兰盘(24)连接，另一端用于与贮箱(6)的后短壳定位连接；杆系支撑机构(3)固定在床尾伸缩轴(25)上，杆系支撑机构(3)用于从贮箱(6)内部将其撑紧并锁定。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其特征在于：所述的床身(11)包括主床身(14)和副床身(16)，主床身(14)和副床身(16)之间通过若干加强梁(15)连接；所述的搅拌主机(5)安装在副床身(16)上。
3.根据权利要求2所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其特征在于：所述的右外定位压紧机构(7)和左外定位压紧机构(4)均设置在贮箱(6)外，并可沿床身(11)移动，焊接过程中带动贮箱(6)旋转，用于定位贮箱(6)和锁紧。
4.根据权利要求3所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其特征在于：所述的床头本体(17)通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构一(21)与右外定位压紧机构(7)一起移动；所述的床尾本体(18)通过自身的驱动移动，或者通过拖拽机构二(26)与左外定位压紧机构(4)一起移动。
5.根据权利要求4所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式装置，其特征在于：所述的内撑机构(8)包括3个，分别用于贮箱(6)的前底和筒段的焊接、前短壳和前底的焊接、筒段和筒段的焊接；所述的杆系支撑机构(3)包括2个，分别用于后底和筒段的焊接、后短壳和后底的焊接。
6.一种采用权利要求5所述的卧式装置的运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式焊接方法，所述的贮箱(6)是由1个前短壳、1个前底、多段筒段、1个后底、1个后短壳依次焊接组成；其特征在于，该焊接方法包括如下步骤：
(a)将前短壳和前底组合件吊装到床头(10)上，将前短壳与前过渡环(9)按象限连接；将第1段筒段吊装于床尾(1)上，将其与后过渡环(2)按象限连接；将右外定位压紧机构(7)运动到前底处，定位并压紧前短壳和前底，将左外定位压紧机构(4)运动到第1段筒段处，定位并压紧第1段筒段；将内撑机构(8)吊装于床头伸缩轴(19)上，推进到前底与第1段筒段内部接头处，撑紧前底与第1段筒段；将搅拌主机(5)运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接前底与第1段筒段；
(b)焊接完筒段和前底后，将内撑机构(8)退出，换上第2个内撑机构，推进到前底与前短壳内部接头处，撑紧前底与前短壳；将右外定位压紧机构(7)运动到前短壳端，定位并压紧前短壳，将左外定位压紧机构(4)运动到前底端，定位并压紧前底；将搅拌主机(5)运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接前短壳和前底；
(c)焊接完前短壳和前底后，将第2个内撑机构退出，换上第3个内撑机构，将第2段筒段吊装于床尾(1)上，将其与后过渡环(2)按象限连接；用第3个内撑机构上撑紧第1段筒段与第2段筒段；将右外定位压紧机构(7)运动到第1段筒段端，定位并压紧，将左外定位压紧机构(4)运动到第2段筒段端，定位并压紧；将搅拌主机(5)运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
(d)重复步骤(c)，进行其余筒段和筒段的焊接；
(e)将后短壳和后底组件吊装到床尾(1)上，将后短壳与后过渡环(2)按象限连接；使后短壳和后底与筒段按象限对齐；将右外定位压紧机构(7)驱动到筒段端，定位并压紧筒段，将左外定位压紧机构(4)驱动到后底端，定位并压紧后短壳和后底；将2个杆系支撑机构(3)分别推进到后短壳与后底接头处、后底与筒段接头处，撑紧后底与筒段；将搅拌主机(5)运动至接头焊接区，先对两对接面分别铣边，再进行搅拌摩擦焊接筒段和后底；
(f)焊接完筒段和后底后，将左外定位压紧机构(4)运动到后短壳端，定位并压紧后短壳；将右外定位压紧机构(7)运动到后底端，定位并压紧后底；杆系支撑机构(3)撑紧后底和后短壳；将搅拌主机(5)运动至接头焊接区，进行搅拌摩擦焊接后短壳和后底。
7.根据权利要求6所述的一种运载火箭贮箱总装环缝搅拌摩擦焊接的卧式焊接方法，其特征在于：焊接过程中，贮箱(6)的各部件水平旋转，搅拌主机(5)侧面卧式搅拌摩擦焊接。
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