CN112589237A - 一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运载火箭先进制造连接技术领域，尤其为一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置，包括中心法兰焊接夹具，所述中心法兰焊接夹具包括平台组件、连接组件、焊接膜胎和压紧组件，所述平台组件包转台体和平台座，所述连接组件包括中心立柱、四周立柱和装载座，所述压紧组件包括压紧体和压环，所述装载座的内部左右两侧对称安装有压环，所述压环的下端安装有压紧体，所述焊接膜胎的上表面放置有旋压箱底，通过新工装的研制，能够实现中心法兰的一次焊接，同时焊接合格率高达90％，将箱底制造模式由瓜瓣拼焊方式改为旋压方式后，从箱底原材料生产周期算起，可以节约周期20％以上，成本可节约20％。

Description

一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及运载火箭先进制造连接技术领域，具体为一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置。

背景技术

随着我国航天事业的不断发展，对运载火箭的质量及数量都提出了更高的要求。现役CZ-3A系列运载火箭作为当前我国运载火箭发射的主要力量，每年的需求量都在不断上升，但由于制造精度和效率问题，火箭贮箱的生产效率长期以来一直是运载火箭生产的瓶颈。为解决该问题，选择其中最具代表性的CZ-3A系列火箭助推器贮箱箱底作为研究对象，通过研究系统提升贮箱制造技术水平与能力。

贮箱一般为空心、薄壁圆柱体结构，CZ-3A系列等现役运载火箭助推贮箱采用5A06铝合金材料，每个贮箱由2个椭球箱底和圆筒段焊接而成，箱底均是采用1个顶盖和6个瓜瓣分体成形后组焊而成，如图1所示。

箱底的瓜瓣和顶盖均是先采用带压扁筋的模具对产品进行液压拉深，之后更换模具，采用多次拉深完成翻边凸孔的成形，凸孔中需进行退火消除冷作硬化和成形应力，工艺流程约23道工序，尤其是凸孔过程就需要进行3次，中间还需配以退火和手工打磨，流程长，劳动强度高，制造效率低、成本高。

箱底是由瓜瓣、顶盖组焊而成。首先将6个瓜瓣中的5个进行组焊，第6个瓜瓣根据顶盖口径尺寸进行尺寸修配后组焊成圆环，顶盖与圆环组焊后，再与法兰焊接，最后进行焊缝检测、补焊及箱底试验。受产品结构和材料特性影响，其成形流程较长，且产品成形存在较大的问题。

在国外运载火箭贮箱制造中，箱底整体旋压成形制造技术较为成熟并已成功应用于诸多型号，如美国的猎鹰、战神I等。因此将箱底拼焊改为整体旋压成形并实现焊接对提高贮箱零组件几何尺寸精度，提高零件产品合格率和一致性，减少反复，实现零组件并行成产，缩短生产周期，避免强制装配，提高贮箱生产效率和质量可靠性，提升贮箱整体制造能力，从而提高其使用和飞行的可靠性，为实现航天贮箱产品的标准化、批量化生产奠定基础。

目前CZ-3A系列运载火箭助推器箱底在生产制造过程中存在较多的问题：

(1)由于零组件制造精度不高，造成装配过程大量的选配、修配的工作，缺乏可互换性，严重影响制造效率。

(2)贮箱箱底采用瓜瓣焊接圆环再与顶盖焊接的工艺方法，焊缝多、效率低。瓜瓣拉深成形过程中，变形较大，不贴模胎，应力较大，存在尺寸精度低、一致性较差等问题。为了满足箱底焊接，瓜瓣一般需要大量的手工修配，通常一块瓜瓣要经过3-4次膜胎验合后才能将焊缝间隙修整至达到自动焊装配要求。整底验合装配完成后通常要花费2天时间，极大影响了生产进度。

为解决上述问题，提高运载火箭助推器贮箱箱底的产品质量以及生产效率，将箱底制造模式由瓜瓣拼焊方式改为旋压方式，因此提出一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置，包括中心法兰焊接夹具，所述中心法兰焊接夹具包括平台组件、连接组件、焊接膜胎和压紧组件，所述平台组件包转台体和平台座，所述转台体的上侧中间处开设有安装槽，所述平台座的内部下侧与安装槽对应安装有定位座，所述连接组件包括中心立柱、四周立柱和装载座，所述装载座的基面左右两端对称设置有吊环，所述压紧组件包括压紧体和压环，所述焊接膜胎的上侧设置有中心法兰，所述装载座的内部左右两侧对称安装有压环，所述压环的下端安装有压紧体，所述焊接膜胎的上表面放置有旋压箱底，所述旋压箱底的底部通过焊接夹具与平台座连接。

优选的，所述定位座的左右两侧通过固定螺钉与平台座连接。

优选的，所述中心立柱位于平台座的基面中心处设置，所述中心立柱通过固定螺栓与平台座连接，所述四周立柱位于平台座的上表面基于中心立柱对称设置，所述四周立柱通过固定螺栓与平台座连接。

优选的，所述四周立柱的端部通过固定螺栓与装载座连接。

优选的，所述焊接膜胎通过中心法兰采用螺栓与中心立柱连接，所述焊接膜胎中间为镂空结构，保证中心法兰的装配，所述焊接膜胎外型面与旋压箱底内表面型面保持一致，所述压紧体连接盘采用旋钮与焊接膜胎连接。

优选的，包括以下步骤：

S1，通过转台体与变位机进行安装连接，通过平台座将中心立柱和四周立柱进行安装连接，通过吊装将装载座与四周立柱进行安装连接；

S2，将焊接夹具在平台座上进行定位安装，通过焊接夹具对旋压箱底进行固定安装，通过装载座对压环和压紧体进行装载，将压紧体与焊接膜胎连接；

S3，通过压环的调节使压紧体将焊接膜胎与旋压箱底压紧，达到焊接状态，进行中心法兰焊接，旋压箱底与中心法兰焊接接头形式为对接焊，焊接工艺方法为单面单层TIG焊。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，通过设置的箱底试片焊接试验结果表明，接头抗拉强度高于母材的90％，接头延伸率在10％以上，均满足设计文件要求且大大优于设计文件要求，通过新工装的研制，能够实现中心法兰的一次焊接，同时焊接合格率高达90％，将箱底制造模式由瓜瓣拼焊方式改为旋压方式后，从箱底原材料生产周期算起，可以节约周期20％以上，成本可节约20％。

附图说明

图1为本发明助推器贮箱箱底示意图；

图2为本发明旋压箱底焊接设备图；

图3为本发明平台部分结构设计图；

图4为本发明连接部分结构设计图；

图5为本发明焊接膜胎结构设计图；

图6为本发明压紧装置结构设计图。

图中：1-中心法兰焊接夹具、2-平台组件、201-转台体、202-平台座、203-安装槽、204-定位座、3-连接组件、301-中心立柱、302-四周立柱、303-装载座、304-吊环、4-焊接膜胎、401-中心法兰、5-压紧组件、501-压紧体、502-压环、6-旋压箱底、7-焊接夹具。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法及装置，包括中心法兰焊接夹具1，中心法兰焊接夹具1包括平台组件2、连接组件3、焊接膜胎4和压紧组件5，平台组件2包转台体201和平台座202，转台体201的上侧中间处开设有安装槽203，平台座202的内部下侧与安装槽203对应安装有定位座204，连接组件3包括中心立柱301、四周立柱302和装载座303，装载座303的基面左右两端对称设置有吊环304，压紧组件5包括压紧体501和压环502，焊接膜胎4的上侧设置有中心法兰401，装载座303的内部左右两侧对称安装有压环502，压环502的下端安装有压紧体501，焊接膜胎4的上表面放置有旋压箱底6，旋压箱底6的底部通过焊接夹具7与平台座202连接。

定位座204的左右两侧通过固定螺钉与平台座202连接。

中心立柱301位于平台座202的基面中心处设置，中心立柱301通过固定螺栓与平台座202连接，四周立柱302位于平台座202的上表面基于中心立柱301对称设置，四周立柱302通过固定螺栓与平台座202连接。

四周立柱302的端部通过固定螺栓与装载座303连接。

焊接膜胎4通过中心法兰401采用螺栓与中心立柱301连接，焊接膜胎4中间为镂空结构，保证中心法兰401的装配，焊接膜胎4外型面与旋压箱底内表面型面保持一致，压紧体501连接盘采用旋钮与焊接膜胎4连接。

包括以下步骤：

S1，通过转台体201与变位机进行安装连接，通过平台座202将中心立柱301和四周立柱302进行安装连接，通过吊装将装载座303与四周立柱302进行安装连接；

S2，将焊接夹具7在平台座202上进行定位安装，通过焊接夹具7对旋压箱底6进行固定安装，通过装载座303对压环502和压紧体501进行装载，将压紧体501与焊接膜胎4连接；

S3，通过压环502的调节使压紧体501将焊接膜胎4与旋压箱底6压紧，达到焊接状态，进行中心法兰401焊接，旋压箱底6与中心法兰401焊接接头形式为对接焊，焊接工艺方法为单面单层TIG焊。

实施例：1、将焊接工装的平台组件2和连接组件3(图3、图4)安装于焊接变位机上，然后将焊接膜胎4(图5)吊装于工装的连接组件3(图4)，并固定；

2、将旋压箱底6吊装于焊接膜胎4之上，并将箱底底部进行固定；

3、将压紧组件5(图6)吊装于产品之上并进行压紧；

4、以焊接膜胎4上焊漏槽中心为基准确定旋压箱底6的验合余量，并按照1、2、3相反的顺序将旋压箱底6从焊接工装上拆除，并进行焊接区余量的去除；同时对中心法兰401焊接区端面进行刮削打磨处理；

5、再次按照1、2的顺序将去除余量后的旋压箱底6吊装至旋压膜胎上，之后将中心法兰401安装至焊接区，并安装压紧组件；

6、进行旋压箱底6与中心法兰401的焊接；

7、焊接完成后待产品自然冷却后将压紧组件5拆除，吊装焊接完成的旋压箱底6组件至安全区域。

旋压箱底与中心法兰焊接接头形式为对接焊，焊接工艺方法为单面单层TIG焊。由于箱底与法兰加工方法不同，材料性能存在一定的差异，因此针对中心法兰与旋压箱底的焊接工艺选择开展试验研究。

通过研究，中心法兰与旋压箱底焊接工艺规范要求见表1，此规范条件下焊接接头力学性能见表2.

表1 焊接工艺规范要求

表2 焊接接头力学性能结果

通过设置的箱底试片焊接试验结果表明，接头抗拉强度高于母材的90％，接头延伸率在10％以上，均满足设计文件要求且大大优于设计文件要求，通过新工装的研制，能够实现中心法兰401的一次焊接，同时焊接合格率高达90％，将箱底制造模式由瓜瓣拼焊方式改为旋压方式后，从箱底原材料生产周期算起，可以节约周期20％以上，成本可节约20％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接装置，包括中心法兰焊接夹具(1)，其特征在于：所述中心法兰焊接夹具(1)包括平台组件(2)、连接组件(3)、焊接膜胎(4)和压紧组件(5)，所述平台组件(2)包转台体(201)和平台座(202)，所述转台体(201)的上侧中间处开设有安装槽(203)，所述平台座(202)的内部下侧与安装槽(203)对应安装有定位座(204)，所述连接组件(3)包括中心立柱(301)、四周立柱(302)和装载座(303)，所述装载座(303)的基面左右两端对称设置有吊环(304)，所述压紧组件(5)包括压紧体(501)和压环(502)，所述焊接膜胎(4)的上侧设置有中心法兰(401)，所述装载座(303)的内部左右两侧对称安装有压环(502)，所述压环(502)的下端安装有压紧体(501)，所述焊接膜胎(4)的上表面放置有旋压箱底(6)，所述旋压箱底(6)的底部通过焊接夹具(7)与平台座(202)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接装置，其特征在于：所述定位座(204)的左右两侧通过固定螺钉与平台座(202)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接装置，其特征在于：所述中心立柱(301)位于平台座(202)的基面中心处设置，所述中心立柱(301)通过固定螺栓与平台座(202)连接，所述四周立柱(302)位于平台座(202)的上表面基于中心立柱(301)对称设置，所述四周立柱(302)通过固定螺栓与平台座(202)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接装置，其特征在于：所述四周立柱(302)的端部通过固定螺栓与装载座(303)连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接装置，其特征在于：所述焊接膜胎(4)通过中心法兰(401)采用螺栓与中心立柱(301)连接，所述焊接膜胎(4)中间为镂空结构，保证中心法兰(401)的装配，所述焊接膜胎(4)外型面与旋压箱底内表面型面保持一致，所述压紧体(501)连接盘采用旋钮与焊接膜胎(4)连接。

6.根据权利要求1-5所述的一种基于整体旋压成形铝合金封头的自动焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，通过转台体(201)与变位机进行安装连接，通过平台座(202)将中心立柱(301)和四周立柱(302)进行安装连接，通过吊装将装载座(303)与四周立柱(302)进行安装连接；

S2，将焊接夹具(7)在平台座(202)上进行定位安装，通过焊接夹具(7)对旋压箱底(6)进行固定安装，通过装载座(303)对压环(502)和压紧体(501)进行装载，将压紧体(501)与焊接膜胎(4)连接；

S3，通过压环(502)的调节使压紧体(501)将焊接膜胎(4)与旋压箱底(6)压紧，达到焊接状态，进行中心法兰(401)焊接，旋压箱底(6)与中心法兰(401)焊接接头形式为对接焊，焊接工艺方法为单面单层TIG焊。

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