CN109093270A - 一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑性成形及焊接技术领域，具体涉及一种钛合金大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法。本发明利用电阻点焊、电子束穿透焊和电子束对接焊相结合的制造方法，实现一种由机加件和钣金件组成的大型复杂钣焊舱体口盖的成形制造，在满足结构强度的同时实现了最大程度的轻量化减重设计。焊接后的焊缝成形良好，表面无裂纹、气孔和咬边等缺陷，能够满足设计要求和使用要求，产品的合格率和生产效率较高，能够实现大批量生产。

Description

一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法

技术领域

本发明属于塑性成形及焊接技术领域，具体涉及一种钛合金大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法。

背景技术

随着导弹飞行速度大幅度的提高，对轻量化耐热承力结构的需求越来越大，应用也越来越广泛。传统舱体口盖一般为单一曲率型面的钣金件或者铸造机加件，均无法满足新型导弹对复杂舱体口盖轻量化结构设计需求和作为主承力构件的需求。此外，目前存在一些多层结构超塑扩散连接类的口盖零件，该类零件的制造方法整体制造流程复杂，制造成本高，影响因素较多，生产效率低和产品合格率较低，很难在航空航天领域实现批量化生产，尤其涉及到在口盖上安装重要控制件时，超塑扩散连接类的口盖则很难满足承力结构要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法，以解决如何对涉及机加件和钣金件组成的大型复杂钣焊类舱体口盖的焊接变形进行控制的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置，该成形制造装置包括用于钣焊舱体口盖的电子束焊接变形控制装置，电子束焊接变形控制装置包括电子束工作台转轴、主体框架、定位装置、仿形压紧块、环向压紧块、紧固螺钉和纵向压紧块；其中，电子束工作台转轴，穿过主体框架前后两端的安装孔，用于实现焊接过程中制造装置的环向运动；主体框架，作为制造装置的主体结构，总长度与钣焊舱体口盖的总长度相同；定位装置，通过螺钉紧固方式与主体框架连接，用于对钣焊舱体口盖中的机加盒形件进行定位；环向压紧块，在弧长两端通过螺钉紧固方式与主体框架连接，环向压紧块上设置有紧固螺钉，仿形压紧块连接在紧固螺钉的端部，仿形压紧块的型面与钣焊舱体口盖中异形蒙皮的型面一致，通过仿形压紧块对异形蒙皮进行压紧定位，从而对异形蒙皮与加强边框之间的环向电子束焊缝进行间隙和变形控制；纵向压紧块，在两端通过螺钉紧固方式与主体框架连接，纵向压紧块上设置有紧固螺钉，通过紧固螺钉对异形蒙皮进行压紧定位，从而对异形蒙皮与加强边框之间的纵向电子束焊缝进行间隙和变形控制。

此外，本发明还提出一种大型钣焊舱体口盖成形制造方法，该成形制造方法包括将纵向加强筋和环向加强筋与异形蒙皮采用电阻点焊的方式进行连接固定，异形蒙皮与加强边框通过电阻点焊和电子束焊相结合的方式进行连接固定，异形蒙皮与机加盒形件先采用电子束焊接的方法进行连接，再采用电阻点焊的方式进行连接固定。

进一步地，成形方法具体包括如下步骤：

S1、按纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框的理论尺寸计算相应的展开料形状；

S2、将纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框的展开料进行热成形，热成形温度在730±20℃，保温时间20min；

S3、按理论模型将热成形后的纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框进行线切割或激光切割，再进行碱崩酸洗；

S4、将纵向加强筋和环向加强筋与异形蒙皮采用电阻点焊的方式进行连接固定；

S5、将异形蒙皮与加强边框以电子束穿透焊方式进行连接固定；

S6、异形蒙皮与加强边框在电子束穿透焊外侧采用电阻点焊的方式进行连接固定。

进一步地，在步骤S2中，将异形蒙皮和加强边框的展开料叠放在一起，采用一次进炉成形两种零件的方法，提高异形蒙皮和加强边框的型面精度一致性。

进一步地，在步骤S4中，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流5500-6500A，脉冲时间0.18-0.25s，电极压力2000-2500N。

进一步地，在步骤S5中，采用上述成形制造装置进行成形。

进一步地，在步骤S5中，距加强边框内边缘5mm进行异形蒙皮与加强边框电子束穿透焊，熔深为加强边框厚度的2/3。

进一步地，在步骤S5中，在进行电子束穿透焊之前，异形蒙皮与加强边框叠放在一起后采用手工氩弧焊进行点焊定位，异形蒙皮和机加盒形件也采用手工氩弧焊进行点焊定位。

进一步地，在步骤S5中，焊缝均采用正式焊和修饰焊相结合的焊接方法。

进一步地，在步骤S6中，电阻点焊位置10，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流8000-8500A，脉冲时间0.3-0.5s，电极压力4500-5500N。

(三)有益效果

本发明提出的大型钣焊舱体口盖成形制造装置及方法。本发明利用电阻点焊、电子束穿透焊和电子束对接焊相结合的制造方法，实现一种由机加件和钣金件组成的大型复杂钣焊舱体口盖的成形制造，在满足结构强度的同时实现了最大程度的轻量化减重设计。焊接后的焊缝成形良好，表面无裂纹、气孔和咬边等缺陷，能够满足设计要求和使用要求，产品的合格率和生产效率较高，能够实现大批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例的钣焊舱体口盖装配结构示意图；

图2为本发明实施例的钣焊舱体口盖焊缝双侧示意图；

图3为本发明实施例的口盖焊接变形控制工装结构示意图；

图4为本发明实施例的口盖环向焊缝工装装配示意图；

图5为本发明实施例的口盖纵向焊缝工装装配示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置，该成型制造装置包括用于钣焊舱体口盖的电子束焊接变形控制装置。

本实施例中的大型钣焊舱体口盖，其装配结构与焊缝位置，分别如图1和2所示。其中，将纵向加强筋2和环向加强筋1与异形蒙皮4采用电阻点焊的方式进行连接固定，异形蒙皮4与加强边框3通过电阻点焊和电子束焊相结合的方式进行连接固定，异形蒙皮4与机加盒形件5先采用电子束焊接的方法进行连接，再采用电阻点焊的方式进行连接固定。纵向加强筋2和环向加强筋1的材料均为TA15，材料厚度为0.8mm；异形蒙皮4材料为TA15，材料厚度为1.2mm；加强边框3材料为TA15，材料厚度为3.0mm；机加盒形件5材料为TA15，为先铸造后机加的方式制造。

本实施例的大型钣焊舱体口盖在成形制造中所使用的电子束焊接变形控制装置，其结构如图3所示，包括电子束工作台转轴17、主体框架16、定位装置15、仿形压紧块14、环向压紧块13、紧固螺钉12和纵向压紧块11。其中，电子束工作台转轴17，穿过主体框架16前后两端的安装孔，用于实现焊接过程中制造装置的环向运动。主体框架16，作为制造装置的主体结构，总长度与钣焊舱体口盖的总长度相同。定位装置15通过螺钉紧固方式与主体框架16连接，用于对钣焊舱体口盖中的机加盒形件5进行定位。环向压紧块13在弧长两端通过螺钉紧固方式与主体框架16连接，环向压紧块13上设置有紧固螺钉12，仿形压紧块14连接在紧固螺钉12的端部，仿形压紧块14的型面与钣焊舱体口盖中异形蒙皮的型面一致，通过仿形压紧块14对异形蒙皮4进行压紧定位，从而对异形蒙皮4与加强边框3的环向电子束焊缝6、7进行间隙和变形控制。纵向压紧块11在两端通过螺钉紧固方式与主体框架16连接，纵向压紧块11上设置有紧固螺钉12，通过紧固螺钉12对异形蒙皮4进行压紧定位，从而对异形蒙皮4与加强边框3的纵向电子束焊缝8、9进行间隙和变形控制。

该大型钣焊舱体口盖的成形制造方法，具体包括如下步骤：

S1、按纵向加强筋2、环向加强筋1、异形蒙皮4和加强边框3的理论尺寸计算相应的展开料形状；

S2、将纵向加强筋2、环向加强筋1、异形蒙皮4和加强边框3的展开料进行热成形，热成形温度在730±20℃，保温时间20min。其中，异形蒙皮4和加强边框3的展开料叠放在一起，采用一次进炉成形两种零件的方法，通过该方法可以实现异形蒙皮4和加强边框3的型面精度一致性较好。

S3、按理论模型将热成形后的纵向加强筋2、环向加强筋1、异形蒙皮4和加强边框3进行线切割或激光切割，再进行碱崩酸洗。

S4、将纵向加强筋2和环向加强筋1与异形蒙皮4采用电阻点焊的方式进行连接固定，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流5500-6500A，脉冲时间0.18-0.25s，电极压力2000-2500N。

S5、将异形蒙皮4与加强边框3进行电子束穿透焊接方式进行连接固定。距加强边框3内边缘5mm进行异形蒙皮4与加强边框3电子束穿透焊，熔深为加强边框3厚度的2/3处为最佳。其中，异形蒙皮4与加强边框3的纵向电子束焊缝8和9采用压紧装置11和紧固螺钉12实现异形蒙皮4与加强边框3的间隙控制和变形控制，通过调节紧固螺钉12可以实现点位加载，提高控制变形效果，如图4所示。异形蒙皮4与加强边框3的环向电子束焊缝6和7采用压紧装置13、仿形压紧块14实现异形蒙皮4与加强边框3的间隙控制和变形控制，仿形压紧块14与紧固螺钉12螺接固定和调节压紧力，如图5所示。仿形压紧块14的型面与异形蒙皮的型面一致。电子束焊缝7、8、9为异形蒙皮4与加强边框3的穿透焊，电子束焊缝6为异形蒙皮4与机加盒形件5的对接焊。焊接电子束焊缝6和7时，装钳压紧装置13、仿形压紧块14和紧固螺钉12，此时需要拆卸压紧装置11和紧固螺钉12；焊接电子束焊缝8和9时，装钳压紧装置11和紧固螺钉12，此时需要拆卸压紧装置13、仿形压紧块14和紧固螺钉12。整个装卡变换过程中仅变换与电子束焊缝加紧相关的压紧块，主体框架16上的紧固螺钉12和仿形压紧块14均不拆卸，一直保持加紧定位状态。在进行电子束焊之前异形蒙皮4与加强边框3叠放在一起后采用手工氩弧焊进行点焊定位，异形蒙皮4和机加盒形件5也采用氩弧焊点焊定位。电子束焊接顺序为：电子束焊缝6→电子束焊缝7→电子束焊缝8→电子束焊缝9，焊缝均采用正式焊和修饰焊相结合的焊接方法。

穿透正式焊工艺参数为：

加速电压：140Kv；聚焦电流：3125mA-3135mA；电子束流：40mA-45mA

焊接速度：6-8mm/s；偏摆：X＝0.15-0.3mm，扫描频率：f＝60Hz。

对接正式焊工艺参数为：

加速电压：140Kv；聚焦电流：1945mA-1955mA；电子束流：22mA-25mA

焊接速度：10-8mm/s；偏摆：X＝0.25-0.45mm，扫描频率：f＝40Hz。

修饰焊工艺参数为：

加速电压：140Kv；聚焦电流：1565mA-1575mA；电子束流：8mA-12mA

焊接速度：8-10mm/s；偏摆：X＝0.15-0.3mm，扫描频率：f＝30Hz。

S6、异形蒙皮4与加强边框3在电子束焊外侧采用电阻点焊的方式进行连接固定，电阻点焊位置10，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流8000-8500A，脉冲时间0.3-0.5s，电极压力4500-5500N。

S7、焊后进行表面检查和无损检测，满足国家军用标准GJB1718A-2005《电子束焊接》I级要求，焊接后的焊缝成形良好，表面无裂纹、气孔和咬边等缺陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型钣焊舱体口盖成形制造装置，其特征在于，所述成形制造装置包括用于所述钣焊舱体口盖的电子束焊接变形控制装置，所述电子束焊接变形控制装置包括电子束工作台转轴、主体框架、定位装置、仿形压紧块、环向压紧块、紧固螺钉和纵向压紧块；其中，

所述电子束工作台转轴，穿过所述主体框架前后两端的安装孔，用于实现焊接过程中所述制造装置的环向运动；

所述主体框架，作为所述制造装置的主体结构，总长度与所述钣焊舱体口盖的总长度相同；

所述定位装置，通过螺钉紧固方式与所述主体框架连接，用于对所述钣焊舱体口盖中的机加盒形件进行定位；

所述环向压紧块，在弧长两端通过螺钉紧固方式与所述主体框架连接，所述环向压紧块上设置有所述紧固螺钉，所述仿形压紧块连接在所述紧固螺钉的端部，所述仿形压紧块的型面与所述钣焊舱体口盖中异形蒙皮的型面一致，通过所述仿形压紧块对所述异形蒙皮进行压紧定位，从而对所述异形蒙皮与加强边框之间的环向电子束焊缝进行间隙和变形控制；

所述纵向压紧块，在两端通过螺钉紧固方式与所述主体框架连接，所述纵向压紧块上设置有所述紧固螺钉，通过所述紧固螺钉对所述异形蒙皮进行压紧定位，从而对所述异形蒙皮与加强边框之间的纵向电子束焊缝进行间隙和变形控制。

2.一种大型钣焊舱体口盖成形制造方法，其特征在于，所述成形制造方法包括将纵向加强筋和环向加强筋与异形蒙皮采用电阻点焊的方式进行连接固定，异形蒙皮与加强边框通过电阻点焊和电子束焊相结合的方式进行连接固定，异形蒙皮与机加盒形件先采用电子束焊接的方法进行连接，再采用电阻点焊的方式进行连接固定。

3.如权利要求2所述的成形制造方法，其特征在于，所述成形方法具体包括如下步骤：

S1、按纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框的理论尺寸计算相应的展开料形状；

S2、将纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框的展开料进行热成形，热成形温度在730±20℃，保温时间20min；

S3、按理论模型将热成形后的纵向加强筋、环向加强筋、异形蒙皮和加强边框进行线切割或激光切割，再进行碱崩酸洗；

S4、将纵向加强筋和环向加强筋与异形蒙皮采用电阻点焊的方式进行连接固定；

S5、将异形蒙皮与加强边框以电子束穿透焊方式进行连接固定；

S6、异形蒙皮与加强边框在电子束穿透焊外侧采用电阻点焊的方式进行连接固定。

4.如权利要求3所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S2中，将异形蒙皮和加强边框的展开料叠放在一起，采用一次进炉成形两种零件的方法，提高异形蒙皮和加强边框的型面精度一致性。

5.如权利要求3所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S4中，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流5500-6500A，脉冲时间0.18-0.25s，电极压力2000-2500N。

6.如权利要求3所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S5中，采用如权利要求1所述的成形制造装置进行成形。

7.如权利要求6所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S5中，距加强边框内边缘5mm进行异形蒙皮与加强边框电子束穿透焊，熔深为加强边框厚度的2/3。

8.如权利要求6所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S5中，在进行电子束穿透焊之前，异形蒙皮与加强边框叠放在一起后采用手工氩弧焊进行点焊定位，异形蒙皮和机加盒形件也采用手工氩弧焊进行点焊定位。

9.如权利要求6所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S5中，焊缝均采用正式焊和修饰焊相结合的焊接方法。

10.如权利要求3所述的成形制造方法，其特征在于，在步骤S6中，电阻点焊位置10，点焊间距为20-25mm之间，点焊电流8000-8500A，脉冲时间0.3-0.5s，电极压力4500-5500N。