CN107695507A - 一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，涉及运载火箭贮箱制造领域；主要包括如下步骤：步骤(一)、组装卧式贮箱；步骤(二)、在环缝焊接区两侧分别固定安装左外压紧机构和右外压紧机构；步骤(三)、触发内撑机构，实现阳膜和阴膜的外壁与环缝内壁接触；步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，包括第一次焊接和第二次焊接；步骤(五)、对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷是，焊接结束；当检测有焊接缺陷时，进入步骤(六)；步骤(六)、局部补焊；本发明消除了弹箭体贮箱封箱环缝的刚性薄弱点，开发相应的复合焊接工艺和局部补焊工艺，大幅度提高运载火箭贮箱封箱环缝的焊接质量。

Description

一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法
技术领域
本发明涉及一种运载火箭贮箱制造领域，特别是一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法。
背景技术
运载火箭贮箱通常由前(后)箱底、前(后)短壳及若干个中间筒段组成。由于在焊接前短壳、前底及若干个筒段之间的对接环缝时，一侧处于敞开状态，因此可以采用一体化铣切焊接复合工装，故而装配精度容易保证，焊接质量也比较理想。后底组合件与最后一个筒段之间的环缝称之为封箱环缝，一侧为薄壁弱刚性筒段，一侧为强刚性的箱底叉形环，焊接区两端刚性不匹配。另外，由于焊接封箱环缝时贮箱处于封闭状态，且后底中心孔直径通常较小，因此只能采用细的芯轴承载一个可拆卸分体式的内撑机构，这也导致封箱环缝的装配精度较差，特别是产品与背部内撑机构的贴合度较差，这也导致封箱环缝的装配难度、焊接难度是所有环缝中最大的。为了提高贮箱焊接质量，运载火箭贮箱总装环缝开始逐步采用搅拌摩擦焊技术，而已有的内撑机构及现有装配精度难以满足搅拌摩擦焊技术的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，消除弹箭体贮箱封箱环缝的刚性薄弱点，开发相应的复合焊接工艺和局部补焊工艺，大幅度提高运载火箭贮箱封箱环缝的焊接质量。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，包括如下步骤：
步骤(一)、将前底组合件、床头箱、n个筒段沿轴向依次焊接连接；将后底组合件和床尾箱沿轴焊接连接；将右外压紧机构环绕固定安装在末端筒段端处的外壁；将左外压紧机构环绕固定安装在床尾箱端处的外壁；沿床尾箱轴心位置固定安装芯轴，芯轴的一端同轴固定安装内撑机构；n为不小于1的正整数；
步骤(二)、将n个筒段同轴对接后，将床尾箱与末端筒段同轴对接；相邻筒段的对接处、床尾箱与末端筒段的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱延伸18-20mm处固定安装左外压紧机构，并压紧左外压紧机构；在环缝焊接区沿轴向向床头箱延伸18-20mm处固定安装右外压紧机构，并压紧右外压紧机构；
步骤(三)、调整芯轴，实现内撑机构对准床尾箱与末端筒段连接处的环缝内壁；触发内撑机构，固定在中心环上的支撑杆向外伸长，实现阳膜和阴膜的外壁与环缝内壁接触；
步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：
S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段的筒壁厚度为amm，选取轴肩和搅拌针，轴肩和搅拌针固定连接后，将搅拌针全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；
S2：第二次焊接环缝焊接区：更换搅拌针；轴肩和更换后的搅拌针固定连接后，将搅拌针全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；
步骤(五)、撤掉左外压紧机构，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，进入步骤(六)；
步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：
S1：原位置安装左外压紧机构；并更换搅拌针；
S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100-200mm处，伸入更换后的搅拌针，开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；当搅拌针经过焊接缺陷位置后，在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50-100mm处逐渐回抽搅拌针直至搅拌针脱离环缝焊接区，焊接结束。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(一)中，芯轴直径为148-152mm。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，所述内撑机构包括中心环、6个阳膜、6个阴膜和12跟支撑杆；其中，中心环位于中心位置；6个阴膜均匀环绕分布在中心环外壁的外侧；6个阳膜均匀环绕分布在阴膜的外壁外侧；支撑杆固定安装在阳膜组和中心环之间、阴膜组和中心环之间。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，每个阴膜均设置在相邻两个阳膜的夹角等分线位置；且与阳膜连接的支撑杆位于阳膜的中心线处，与阴膜连接的支撑杆位于阴膜的中心线处。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，触发内撑机构后，阳膜在支撑杆的带动下向外伸出，直至阳膜外壁与环缝内壁接触；随后阴膜在支撑杆的带动下向外伸出，直至阴膜外壁与环缝内壁接触。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，每个阴膜内壁与支撑杆之间设置有两根加强杆；两根加强杆与支撑杆的连接处位于支撑杆的中部位置；两根加强杆与阴膜的连接位置分别位于距阴膜两端50-100mm处。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(四)的S1中，轴肩为圆柱形结构，轴肩直径为2.5a+2mm；搅拌针长度比a少0.2-0.3mm；S2中，更换后的搅拌针长度比a少0.6-0.8mm。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(五)中，焊接缺陷包括点状缺陷和长度≤100mm的线状缺陷。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(六)的S1中，更换的搅拌针长度为a-1mm。
在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(六)的S2中，伸入更换后的搅拌针时，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.05-0.01mm，且完全伸入更换后的搅拌针后，搅拌针静止进行焊接，焊接时间为2-3s；搅拌针沿顺时针开始移动后，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm；搅拌针经过焊接缺陷位置时，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.3-0.4mm；搅拌针经过焊接缺陷位置后，在搅拌针顺时针移动的同时轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明以封箱环缝内撑机构阴模背部的“径向支撑机构”为支撑点，施加相应的加强杆，作用于“阴/阳模交接处偏阴模一侧”，消除了传统封箱环缝内撑机构的刚性薄弱环节；
(2)本发明中，第一次焊接实现封箱环缝与背部内撑机构的紧密贴合；第二次正式焊接消除首次焊接时可能出现的断续缺陷，该方法可以将运载火箭贮箱难度最大的封箱环缝的搅拌摩擦焊接一次合格率提高至95％以上；
(3)本发明提出的局部补焊方法，补焊焊缝长度较短，节约时间，且提出的有效控制措施可以保证起始焊接处和原始缺陷处的焊接质量，补焊一次合格率可达到100％。
附图说明
图1为本发明焊接方法流程图；
图2为本发明贮箱封箱环缝装配示意图；
图3为本发明贮箱封箱环缝内撑机构三维图及结构简图；
图4为本发明单层内撑机构安装12组加强杆示意图；
图5为本发明局部补焊方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
通过对封箱环缝内撑机构进行结构改进，开发复合焊接工艺和局部补焊方法，最终将运载火箭贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量一次合格率提高至95％以上。
如图1所示为焊接方法流程图，由图可知，一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，包括如下步骤：
步骤(一)、如图2所示为贮箱封箱环缝装配示意图，由图可知，将前底组合件3、床头箱1、n个筒段7沿轴向依次焊接连接；将后底组合件4和床尾箱2沿轴焊接连接；将右外压紧机构5环绕固定安装在末端筒段7端处的外壁；将左外压紧机构6环绕固定安装在床尾箱2端处的外壁；沿床尾箱2轴心位置固定安装芯轴9，芯轴9的一端同轴固定安装内撑机构8；内撑机构8与中心承载芯轴9存在锁紧和放松2种状态，放松状态下内撑机构8和中心内撑芯轴9可以发生相对运动；n为不小于1的正整数；芯轴9直径为148-152mm。
步骤(二)、将n个筒段7同轴对接后，将床尾箱2与末端筒段7同轴对接；相邻筒段7的对接处、床尾箱2与末端筒段7的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱2延伸18-20mm处固定安装左外压紧机构6，并压紧左外压紧机构6；在环缝焊接区沿轴向向床头箱1延伸18-20mm处固定安装右外压紧机构5，并压紧右外压紧机构5；
步骤(三)、调整芯轴9，实现内撑机构8对准床尾箱2与末端筒段7连接处的环缝内壁；如图3所示为贮箱封箱环缝内撑机构三维图及结构简图，如图所示，内撑机构8包括中心环10、6个阳膜11、6个阴膜12和12跟支撑杆13；其中，中心环10位于中心位置；6个阴膜12均匀环绕分布在中心环10外壁的外侧；6个阳膜11均匀环绕分布在阴膜12的外壁外侧；支撑杆13固定安装在阳膜组11和中心环10之间、阴膜组12和中心环10之间。其中，每个阴膜12均设置在相邻两个阳膜11的夹角等分线位置；且与阳膜11连接的支撑杆13位于阳膜11的中心线处，与阴膜12连接的支撑杆13位于阴膜12的中心线处。如图4所示为单层内撑机构安装12组加强杆示意图，由图可知，每个阴膜12内壁与支撑杆13之间设置有两根加强杆14；两根加强杆14与支撑杆13的连接处位于支撑杆13的中部位置；两根加强杆14与阴膜12的连接位置分别位于距阴膜12两端50-100mm处，消除了传统封箱环缝内撑机构的刚性薄弱环节。触发内撑机构8，固定在中心环10上的支撑杆13向外伸长，实现阳膜11和阴膜12的外壁与环缝内壁接触；触发内撑机构8后，阳膜11在支撑杆13的带动下向外伸出，直至阳膜11外壁与环缝内壁接触；随后阴膜12在支撑杆13的带动下向外伸出，直至阴膜12外壁与环缝内壁接触。
步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：
S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段7的筒壁厚度为amm，选取轴肩15和搅拌针16，轴肩15为圆柱形结构，轴肩15直径为2.5a+2mm；搅拌针16长度比a少0.2-0.3mm；第一次焊接的目的在于使得封箱环缝与背部内撑机构8紧密贴合，即消除两者之间的间隙，同时有效消除焊缝背部的弱结合缺陷；
S2：由于第一次焊接时，产品与背部垫板之间不可避免存在一定的间隙，这可能会破坏焊接过程中封闭挤压模的完整性，从而导致焊缝内部出现一定数量的体积型缺陷第二次焊接环缝焊接区；更换搅拌针16；更换后的搅拌针16长度比a少0.6-0.8mm。轴肩15和搅拌针16固定连接后，将搅拌针16全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；轴肩15和更换后的搅拌针16固定连接后，将搅拌针16全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；第二次焊接解决了内撑局部刚性弱可能出现的断续缺陷问题
步骤(五)、撤掉左外压紧机构6，并向床尾箱2方向后退直至退出；清理焊缝后，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，由于本发明中采用内撑机构刚性加强措施，且采用大直径轴肩搅拌头和复合焊接工艺，封箱环缝的一次合格率可以提高至95％以上；当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，不采取整圈重新焊接的方法进行补焊，采用本发明中的局部补焊方法进行补焊；进入步骤(六)；所述焊接缺陷包括点状缺陷和长度≤100mm的线状缺陷。
步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：
S1：原位置安装左外压紧机构6；并更换搅拌针16，更换的搅拌针16长度为a-1mm。
S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100-200mm处，伸入更换后的搅拌针16，伸入更换后的搅拌针16时，轴肩15下压环缝焊接区的下压量为0.05-0.01mm，且完全伸入更换后的搅拌针16后，搅拌针16静止进行焊接，焊接时间为2-3s，以防止起始焊接处过热，产生缺陷；开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；搅拌针16沿顺时针开始移动后，轴肩15下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm；搅拌针16经过焊接缺陷位置时，轴肩15下压环缝焊接区的下压量为0.3-0.4mm，实现压实焊缝，消除缺陷；当搅拌针16经过焊接缺陷位置后，在搅拌针16顺时针移动的同时轴肩15下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm，且在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50-100mm处逐渐回抽搅拌针16直至搅拌针16脱离环缝焊接区，焊接结束。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(一)、将前底组合件(3)、床头箱(1)、n个筒段(7)沿轴向依次焊接连接；将后底组合件(4)和床尾箱(2)沿轴焊接连接；将右外压紧机构(5)环绕固定安装在末端筒段(7)端处的外壁；将左外压紧机构(6)环绕固定安装在床尾箱(2)端处的外壁；沿床尾箱(2)轴心位置固定安装芯轴(9)，芯轴(9)的一端同轴固定安装内撑机构(8)；n为不小于1的正整数；
步骤(二)、将n个筒段(7)同轴对接后，将床尾箱(2)与末端筒段(7)同轴对接；相邻筒段(7)的对接处、床尾箱(2)与末端筒段(7)的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱(2)延伸18-20mm处固定安装左外压紧机构(6)，并压紧左外压紧机构(6)；在环缝焊接区沿轴向向床头箱(1)延伸18-20mm处固定安装右外压紧机构(5)，并压紧右外压紧机构(5)；
步骤(三)、调整芯轴(9)，实现内撑机构(8)对准床尾箱(2)与末端筒段(7)连接处的环缝内壁；触发内撑机构(8)，固定在中心环(10)上的支撑杆(13)向外伸长，实现阳膜(11)和阴膜(12)的外壁与环缝内壁接触；
步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：
S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段(7)的筒壁厚度为amm，选取轴肩(15)和搅拌针(16)，轴肩(15)和搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；
S2：第二次焊接环缝焊接区：更换搅拌针(16)；轴肩(15)和更换后的搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；
步骤(五)、撤掉左外压紧机构(6)，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，进入步骤(六)；
步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：
S1：原位置安装左外压紧机构(6)；并更换搅拌针(16)；
S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100-200mm处，伸入更换后的搅拌针(16)，开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；当搅拌针(16)经过焊接缺陷位置后，在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50-100mm处逐渐回抽搅拌针(16)直至搅拌针(16)脱离环缝焊接区，焊接结束。
2.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(一)中，芯轴(9)直径为148-152mm。
3.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(三)中，所述内撑机构(8)包括中心环(10)、6个阳膜(11)、6个阴膜(12)和12跟支撑杆(13)；其中，中心环(10)位于中心位置；6个阴膜(12)均匀环绕分布在中心环(10)外壁的外侧；6个阳膜(11)均匀环绕分布在阴膜(12)的外壁外侧；支撑杆(13)固定安装在阳膜组(11)和中心环(10)之间、阴膜组(12)和中心环(10)之间。
4.根据权利要求3所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：每个阴膜(12)均设置在相邻两个阳膜(11)的夹角等分线位置；且与阳膜(11)连接的支撑杆(13)位于阳膜(11)的中心线处，与阴膜(12)连接的支撑杆(13)位于阴膜(12)的中心线处。
5.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(三)中，触发内撑机构(8)后，阳膜(11)在支撑杆(13)的带动下向外伸出，直至阳膜(11)外壁与环缝内壁接触；随后阴膜(12)在支撑杆(13)的带动下向外伸出，直至阴膜(12)外壁与环缝内壁接触。
6.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(三)中，每个阴膜(12)内壁与支撑杆(13)之间设置有两根加强杆(14)；两根加强杆(14)与支撑杆(13)的连接处位于支撑杆(13)的中部位置；两根加强杆(14)与阴膜(12)的连接位置分别位于距阴膜(12)两端50-100mm处。
7.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(四)的S1中，轴肩(15)为圆柱形结构，轴肩(15)直径为2.5a+2mm；搅拌针(16)长度比a少0.2-0.3mm；S2中，更换后的搅拌针(16)长度比a少0.6-0.8mm。
8.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(五)中，焊接缺陷包括点状缺陷和长度≤100mm的线状缺陷。
9.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(六)的S1中，更换的搅拌针(16)长度为a-1mm。
10.根据权利要求9所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(六)的S2中，伸入更换后的搅拌针(16)时，轴肩(15)下压环缝焊接区的下压量为0.05-0.01mm，且完全伸入更换后的搅拌针(16)后，搅拌针(16)静止进行焊接，焊接时间为2-3s；搅拌针(16)沿顺时针开始移动后，轴肩(15)下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm；搅拌针(16)经过焊接缺陷位置时，轴肩(15)下压环缝焊接区的下压量为0.3-0.4mm；搅拌针(16)经过焊接缺陷位置后，在搅拌针(16)顺时针移动的同时轴肩(15)下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm。
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