CN104439686A - 一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接方法，具体涉及一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法。它包括下述步骤：步骤一：改造被焊接件，在箱底叉形环上开焊漏槽，焊漏槽设置在箱底叉形环焊缝最底部，步骤二：焊接件搭接，将被焊接的箱底叉形环和短壳搭接在一起，形成焊缝，步骤三：焊接，用搅拌摩擦焊方式沿焊缝进行焊接。本发明的显著效果是：可以实现近无缺陷焊接，接头的力学性能一致性和稳定性得到显著性提高，并且和熔焊锁底接头相比，其性能提高约20～30％。

Description

一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法
技术领域
本发明属于焊接方法，具体涉及一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法。 
背景技术
运载火箭贮箱锁底环缝是连接贮箱前(后)短壳与前(后)箱底叉形环的1条环缝。和贮箱I型对接环缝相比，锁底环缝接头结构形式较为特殊(如图1、2所示)，短壳与箱底叉形环之间为插接接头，焊缝正面开坡口。我国现役系列运载火箭的锁底环缝主要采用熔焊焊接工艺一次焊透。虽然现有的锁底结构及熔焊工艺可以满足产品需求，但是在实际工程应用中熔焊焊接的锁底环缝存在较多问题，主要体现在：“焊接缺陷多”、“箱底存在打洞风险”、“接头性能一致性差”等。搅拌摩擦焊技术作为一项新型固相焊接技术非常适合于进行运载火箭铝合金贮箱的焊接，是大幅度提高贮箱性能的一项非常理想的焊接工艺方法。但是搅拌摩擦焊技术直接应用于现有的贮箱锁底接头结构会存在一些问题，主要体现在以下几个方面：(1)从结构上讲，锁底接头包含有1/2搭接接头，而目前工程应用的搅拌摩擦焊工具端部的搅拌能力较弱，导致焊缝根部的塑性金属流动性差，因此容易导致插接接头的插接面向焊缝内部延伸，不利于接头性能的提高；(2)实际焊接时搅拌针长度、叉形环or短壳位于前进侧对接头力学性能有很大的影响；(3)现有的锁底结构不适于搅拌摩擦焊工艺，需要进行结构改进。因此本发明针对搅拌摩擦焊接工艺特点设计了新型的锁底接头结构、开发了适用于新型锁底接头接头的搅拌摩擦焊接工艺及搅拌摩擦焊工具，以进一步提高我国运载火箭贮箱锁底环缝的接头质量一致性、可靠性和稳定性。 
发明内容
本发明针对传统技术的缺陷，提供一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法。 
本发明的技术方案是：一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，包括下述步骤： 
步骤一：改造被焊接件 
在箱底叉形环上开焊漏槽，焊漏槽设置在箱底叉形环焊缝最底部， 
步骤二：焊接件搭接 
将被焊接的箱底叉形环2和短壳3搭接在一起，形成焊缝， 
步骤三：焊接 
用搅拌摩擦焊方式沿焊缝进行焊接。 
如上所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其中，所述的步骤一中的焊漏槽与焊缝成45°，焊漏槽宽度范围1.0～1.5mm，垂直深度1.5～2.0mm。 
如上所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其中，所述步骤三的焊接要求为：①搅拌摩擦焊接时，将箱底叉形环2置于焊缝前进侧位置(即位于箱底叉形环2一侧的搅拌工具旋转方向应与行走速度方向一致)；②搅拌针长度＝短壳板材厚度+K，K的取值范围为0.2～0.3mm。 
如上所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其中，焊接采用的搅拌摩擦焊工具为：①搅拌针结构为在圆锥螺纹的基础上间隔120°增开1个斜面，圆锥螺纹角度为16～20°，斜面开设深度约为0.5～0.75mm，斜面与搅拌针的夹角为8～10°；②搅拌针末端平面上间隔120°设计了3个呈一 定程度凸起的结构，凸起面为球面结构，球面半径约为SR2.25～2.5mm；3个球面凸起结构之间为深约1.25～1.5mm的凹槽。 
本发明的显著效果是：(1)本发明应用于实际贮箱锁底环缝焊接过程中无弧光、无烟尘、无飞溅，是一种绿色无污染的工艺方法。 
(2)将本发明中新设计的火箭贮箱叉形环锁底结构应用于贮箱产品，并利用开发的搅拌摩擦焊工具及核心关键参数，贮箱锁底环缝基本上可以实现近无缺陷焊接，接头的力学性能一致性和稳定性得到显著性提高，并且和熔焊锁底接头相比，其性能提高约20～30％。 
(3)在对搅拌摩擦焊锁底环缝进行无损检测和金相剖切时发现，短壳与叉形环的搭接界面没有向焊缝内部发生明显延伸。 
附图说明
图1是运载火箭贮箱锁底环缝示意图； 
图2是焊接位置示意图； 
图3是改造后的箱底叉形环结构示意图； 
图4是图3中I处的局部放大图； 
图5是焊接后的结构示意图； 
图6是焊接后的焊缝横截的示意图。 
图中：1.锁底环缝、2.箱底叉形环、3.短壳、4.焊漏槽。 
具体实施方式
一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，包括下述步骤： 
步骤一：改造被焊接件 
在箱底叉形环2上开焊漏槽4，焊漏槽4设置在箱底叉形环2焊缝最底部， 且与焊缝成45°，焊漏槽4宽度范围1.0～1.5mm，垂直深度1.5～2.0mm。 
步骤二：焊接件搭接 
将被焊接的箱底叉形环2和短壳3搭接在一起，形成焊缝。 
步骤三：焊接 
用搅拌摩擦焊方式沿焊缝进行焊接。 
焊接要求为：①搅拌摩擦焊接时，将箱底叉形环2置于焊缝前进侧位置(即位于箱底叉形环2一侧的搅拌工具旋转方向应与行走速度方向一致)；②搅拌针长度＝短壳板材厚度+K，K的取值范围为0.2～0.3mm。 
焊接可以采用常规搅拌摩擦焊工具，也可以使用本申请提供的工具。本申请提供的工具为：①搅拌针结构为在圆锥螺纹的基础上间隔120°增开1个斜面，圆锥螺纹角度为16～20°，斜面开设深度约为0.5～0.75mm，斜面与搅拌针的夹角为8～10°；②搅拌针末端平面上间隔120°设计了3个呈一定程度凸起的结构，凸起面为球面结构，球面半径约为SR2.25～2.5mm；3个球面凸起结构之间为深约1.25～1.5mm的凹槽；此结构设计可以有效增加焊缝底部塑性金属的搅拌能力，进而可以防止搭接界面向焊缝内部延伸。 

Claims (4)

1.一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括下述步骤： 
步骤一：改造被焊接件 
在箱底叉形环上开焊漏槽，焊漏槽设置在箱底叉形环焊缝最底部， 
步骤二：焊接件搭接 
将被焊接的箱底叉形环2和短壳3搭接在一起，形成焊缝， 
步骤三：焊接 
用搅拌摩擦焊方式沿焊缝进行焊接。 
2.如权利要求1所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于：所述的步骤一中的焊漏槽与焊缝成45°，焊漏槽宽度范围1.0～1.5mm，垂直深度1.5～2.0mm。 
3.如权利要求2所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于：所述步骤三的焊接要求为：①搅拌摩擦焊接时，将箱底叉形环2置于焊缝前进侧位置(即位于箱底叉形环2一侧的搅拌工具旋转方向应与行走速度方向一致)；②搅拌针长度＝短壳板材厚度+K，K的取值范围为0.2～0.3mm。 
4.如权利要求3所述的一种用于运载火箭贮箱锁底环缝的搅拌摩擦焊方法，其特征在于：焊接采用的搅拌摩擦焊工具为：①搅拌针结构为在圆锥螺纹的基础上间隔120°增开1个斜面，圆锥螺纹角度为16～20°，斜面开设深度约为0.5～0.75mm，斜面与搅拌针的夹角为8～10°；②搅拌针末端平面上间隔120°设计了3个呈一定程度凸起的结构，凸起面为球面结构，球面半径约为SR2.25～2.5mm；3个球面凸起结构之间为深约1.25～1.5mm的凹槽。 
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