CN104625326A - 一种5m级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法 - Google Patents

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China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
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Abstract

本发明实施例提供了一种5M级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法，提高了大直径贮箱球形箱底环缝装配质量，确保焊接内部质量的稳定性。该球形箱底环缝焊接方法包括：在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊；采用直流小电流对环缝进行全定位焊；沿经定位焊后的环缝进行悬空直流打底焊；采用交流大电流并填充焊丝对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊。

Description

一种5M级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法
技术领域
本发明涉及火箭贮箱焊接领域，特别涉及一种5M级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法。
技术背景
火箭贮箱的箱底一般为半球形，现有贮箱的直径通常在3M及以下，现有的焊接工装由于其转台运行精度和夹具限制，无法应用于更大直径的贮箱，不能满足大直径的贮箱悬空焊接要求，无法保证焊接质量的稳定性，有时甚至会造成箱底报废。
对于5M级(铝合金薄度与直径比例进一步加大)的大直径贮箱箱底的焊接，一直以来是焊接技术领域的一个难题。
发明内容
有鉴于此，本发明一实施例提供的5M级薄壁贮箱箱底环缝焊接方法，以实现大直径贮箱球形箱底环缝装配质量，确保焊接内部质量的稳定性。
本发明一实施例提供的一种5M级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法，包括：
在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊；
采用直流小电流对环缝进行全定位焊；
沿经定位焊后的环缝进行悬空直流打底焊；
采用交流大电流并填充焊丝对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊。
本发明实施例提供的一种球形箱底环缝焊接方法，在对环缝进行焊接前先对瓜瓣在环缝上的接头点和每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点进行定位焊，实现了对圆环与过渡环的精确焊接前定位，避免了圆环与过渡环在后续的焊接过程中产生错缝，确保接头内部质量的稳定性。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的贮箱球形箱底的结构示意图。
图2所示为本发明实施例所提供的贮箱球形箱底环缝焊接方法的流程示意图。
图3所示为本发明实施例所提供的定位焊焊点示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施例作进一步的详细描述。
图1所示为本发明实施例提供的贮箱球形箱底的结构示意图。如图1所示，箱底上端由多块相同大小的瓜瓣拼焊组成圆环3，箱底下端由过渡环2组成，圆环3和过渡环2之间为环缝1。通过对环缝1进行焊接，形成一个整体的箱底。
图2所示为本发明一实施例所提供的贮箱球形箱底环缝焊接方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：
步骤201：在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊。
如图3所示为直流定位焊焊点示意图。在图3所示的每个瓜瓣与环缝的接头点4，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点5上进行直流定位焊。这样便实现了环缝焊接时的精确定位，避免了后续焊接时由于环缝定位不精确造成的焊接变形。
在对每个瓜瓣与环缝的接头点4，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点5进行直流定位焊时，焊接的顺序为：
每对一个定位点进行直流定位焊后，紧接着对该定位点在环缝上对称的定位点进行直流定位焊，保证了焊接过程中圆环与过渡环受力均匀。
步骤202：采用直流小电流，对环缝进行全定位焊。
通过全定位焊后可以对整圈焊缝进行定位焊，并留有焊接搭接范围。全定位焊的焊接参数为：直流焊接电流为105A-220A；焊接速度为220-300mm/min。这里，直流焊接电流之所以为区域值，其跟焊接区厚度相关。当焊接区厚度为5mm时，可以采取105A的直流焊接电流；当焊接区厚度为10mm，可以采取220A的直流焊接电流。当焊接区厚度位于5mm-10mm之间时，直流焊接电流可以线性变化。当然，就同一厚度的焊接区，受其他因素影响，直流焊接电流也会有微小的变化。
步骤203：沿经定位焊后的环缝进行悬空直流打底焊。
其中，打底焊的直流焊接电流为130A-300A；焊接速度为220-300mm/min。这里，直流焊接电流之所以为区域值，其跟焊接区厚度相关。当焊接区厚度为5mm时，可以采取130A的直流焊接电流；当焊接区厚度为10mm，可以采取300A的直流焊接电流。当焊接区厚度位于5mm-10mm之间时，直流焊接电流可以线性变化。当然，就同一厚度的焊接区，受其他因素影响，直流焊接电流也会有微小的变化。
在本发明一实施例中，直流打底焊时不需要加丝。
步骤204：采用交流大电流并填充焊丝对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊。
其中，盖面焊的交流焊接电流为230A-380A，并根据焊接区厚度5mm-10mm递增；焊接速度为220-300mm/min。这里，交流焊接电流之所以为区域值，其跟焊接区厚度相关。当焊接区厚度为5mm时，可以采取230A的交流焊接电流；当焊接区厚度为10mm，可以采取380A的交流焊接电流。当焊接区厚度位于5mm-10mm之间时，交流焊接电流可以线性变化。当然，就同一厚度的焊接区，受其他因素影响，交流焊接电流也会有微小的变化。在本发明一实施例中，对经定位焊后的环缝进行焊接的过程可采用悬空焊+TIG焊相结合的焊接方式。这种悬空焊和TIG焊相组合的焊接方式相对于现有的5m直径球形箱底环缝焊接所采用的带垫板TIG焊，由于采用了线能量密度较大的氦弧焊工艺，在保持较大焊接速度的同时，显著减小了焊接电流，减少了对焊件的热输入，不易导致焊件变形；另一方面背部焊缝悬空不易被污染，消除了现有垫板TIG焊中的垫板对焊缝内部焊接质量的影响。
在本发明一实施例中，由于对环缝采取的是悬空焊方式，为此，可以在对应的悬空槽后设置背部焊缝观察系统，用于实时观察环缝的背部焊接成型过程，进而可以更为精确的调整和控制焊接参数。
本发明实施例提供的一种球形箱底环缝焊接方法，在对环缝进行焊接前先对瓜瓣在环缝上的接头点和每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点进行定位焊，实现了对圆环与过渡环的精确焊接前定位，使得圆环与过渡环在后续的焊接过程中受力均匀，避免了因后续的焊接收缩和焊接应力而导致的焊接变形。
在本发明一实施例中，为了解决环缝焊接后箱底高度超差的问题，当将圆环装配于焊接模胎上时，还可在圆环的顶端开口下方加入垫板以将圆环在焊接模胎上的位置垫高。从而有效地控制了焊接收缩变形，避免了焊接后箱底高度超差的问题。本领域技术人员可以理解，操作者可根据圆环要垫高的高度决定所加入垫板的宽度和形状，本发明对垫板的宽度和形状不做限定。
在本发明一实施例中，为了尽量减小圆环和过渡环之间的装配错缝和间隙，还可根据预先设定的铣切量对圆环进行铣切。在本发明一实施例中，可以是根据过渡环焊接端边缘与内撑块悬空槽上边沿的距离，由悬空槽的总宽度反推算圆环的预定铣切量大小。若假设过渡环焊接端边缘到内撑块悬空槽上边沿的距离为L1，悬空槽总宽度为L2，圆环预定铣切量大小等于L2-L1。
在本发明一实施例中，为了进一步消除装配间隙与装配错缝，当将圆环与过渡环都装配到焊接模胎上后，可将圆环与过渡环翻起并旋转圆环与过渡环。此方法使圆环和过渡环的装配间隙和错缝在旋转过程中均布，使得后续环缝焊接时的焊接轨迹可以保持在同一个平面内，并使得圆环和过渡环焊接区环缝的厚度保持一致，减少由于两环板厚的差异导致的装配错缝。在本发明一实施例中，为了避免人工立焊和仰角焊，一般可将圆环与过渡环翻起至40到60度之间，在±360度之间不停地旋转圆环与过渡环。
在本发明一实施例中，圆环和过渡环的内侧设有多个内撑块，外侧设有多个外压块，此时还可通过调整内撑块与外压块之间的相对位置来控制圆环和过渡环焊接过程中受到的压力，以进一步减少圆环和过渡环之间的装配错缝。此外，内撑块和外压块同时作用于焊接模胎也使得焊件定位更加牢固。
本领域技术人员可以理解，实际过程中，可以根据实际情况进行步骤省略或者增加，以上某些步骤也可以调换执行顺序。比如，若圆环与过渡环加工尺寸精确，则无需进行铣切工艺，若圆环与过渡环接合完美，则无需将圆环与过渡环翻起和旋转。也可以先翻起旋转圆环与过渡环消除装配错缝再在圆环的顶端开口下方加入垫板。
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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种5M级薄壁贮箱球形箱底环缝焊接方法，其特征在于，所述箱底的圆环由多个瓜瓣拼焊而成，所述方法包括：
在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊；
采用直流小电流对环缝进行全定位焊；
沿经定位焊后的环缝进行悬空直流打底焊；
采用交流大电流并填充焊丝对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊。
2.根据权利要求1所示所述的方法，其特征在于，在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊包括:
每对一个接头点或交叉点进行直流定位焊后，紧跟着对该接头点或交叉点在环缝上对称的接头点或交叉点进行直流定位焊。
3.根据权利要求1所示所述的方法，其特征在于，所述采用直流小电流对环缝进行全定位焊包括：
采取直流电流为105A-220A，焊接速度为220-300mm/min的焊接工艺对环缝进行全定位焊。
4.根据权利要求1所示所述的方法，其特征在于，所述沿经定位焊后的环缝进行悬空直流打底焊接包括：
采取直流电流为130A-300A，焊接速度为220-300mm/min的焊接工艺对环缝进行悬空直流打底焊接。
5.根据权利要求1所示所述的方法，其特征在于，所述采用交流大电流并填充焊丝对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊包括：
采取交流电流为230A-380A，焊接速度为220-300mm/min的焊接工艺对打底焊后形成的焊缝进行盖面焊。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述悬空焊的悬空槽后，采用背部焊缝观察系统监控整个环缝焊接过程，并据此调整焊接参数。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在圆环的每个瓜瓣与环缝上的接头点，以及每个瓜瓣中心线与环缝的交叉点上进行直流定位焊之前，进一步包括：
在圆环的顶端开口下方加入垫板以将所述圆环在焊接模胎上的位置垫高；和/或，
对所述圆环根据预定铣切量进行铣切；和/或，
调整所述圆环和过渡环之间的装配错缝和间隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为所述悬空焊设置的悬空槽位于环缝内支撑块上，所述悬空槽与所述环缝平行；则所述圆环的预定铣切量由每个内撑块悬空槽的总宽度减去过渡环焊接端边缘到内撑块悬空槽上边沿的距离。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调整所述圆环和过渡环之间的装配错缝和间隙包括：
在所述圆环和/或所述过渡环的内侧设有多个内撑块，外侧设有多个外压块，调整所述多个内撑块和/或所述多个外压块的相对位置。
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