CN113029500A - 一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，包括以下步骤：将主箱体分成四个单元模块并单独加工成型；在各分段单元模块的面板内部安装加强筋；各单元模块的单元件在台阶及支撑座上组装，对接处采用马板固定；将第一单元模块和第四单元模块在胎架上完成装配；将第二单元模块和第三单元模块在胎架上完成装配；将第二单元模块和第三单元模块与第一单元模块和第四单元模块的组合件进行预拼装，预装完成后对四组单元模块采用震动时效方法消除焊接应力。本发明解决了大尺度试验段主箱体因尺寸大不利于加工运输、因安装空间狭小而相互干涉的问题、提高了现场安装的便捷性、安全性、降低了加工安装成本。
Description
技术领域
本发明涉及高超声速风洞设备制造技术领域，具体来说，涉及一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺。
背景技术
随着高超声速飞行器的发展，对地面模拟设备试验能力提出了更高的要求，不仅要求能够开展常规测力、测压、测热试验，还必须具备开展喷流、油流、多体分离及模型自由飞等特种试验的能力。高超声速风洞试验段是高超声速飞行器开展地面模拟试验风洞设备的重要组成部分，为模型支撑系统、数据采集系统、光学测量系统、飞行器飞行环境的模拟、飞行器气动特性的测量等提供结构平台。
高超声速风洞试验段是多系统组成的综合平台，需要提供丰富的大尺寸接口。随着试验任务的多样化，缩比模型的规模越来越大、试验模型的结构越来越复杂，要求模型安装过程更高效便捷，因此，试验段必须具有足够大的内部空间。同时，大口径高超声速风洞试验段还要满足与风洞其它设备，如大型模型迎角机构、大口径型面喷管、光学纹影系统、大口径扩压器等设备的接口需求。
为满足大口径高超声速风洞总体设计要求和所开展的飞行器试验需求以及测量系统安装要求，体积庞大，使得制造、运输和安装难度均显著增大。同时，试验段在负压、大的轴向冲击载荷及自重组合的工况下，还必须具有较小的变形量和较高的安装精度。因此，试验段的加工通常无法整体加工成型，需要分模块制造，同时设计中既要考虑结构可靠性，还要考虑加工工艺水平、设备运输条件和现场安装的可行性，对高超声速风洞的大尺度试验段的设计、制造、运输提出了更高的要求。
为此，本发明提出一种大口径高超声速风洞试验段主箱体的组装工艺。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，包括以下步骤：
S1、将主箱体分成四个单元模块并单独加工成型，四个单元模块分别为第一单元模块、第二单元模块、第三单元模块和第四单元模块，每个单元模块均包括有前侧板、后侧板、面板、底板以及弧形板五个单元件；将面板、底板从圆弧连接处分段，弧形板单独压制成型，弧形板与面板、底板的对接处分别预留有焊接收缩余量，且收缩余量留在弧形板处；
S2、在各分段单元模块的面板内部安装加强筋，先焊接长度方向加强筋，待校正面板平面后再焊接宽度方向加强筋，分段的各单元件对接焊缝200mm范围内部安装有筋板，筋板待单元件焊接完成后再安装；
S3、根据主箱体下平面结构形状制造胎架，胎架高度800mm，在胎架上将支撑座装配完成，各单元模块的单元件在台阶及支撑座上组装，对接处采用马板固定，且各单元模块内开档采用刚性支撑杆加强，并采用埋弧焊焊接对接焊缝；
S4、将第一单元模块和第四单元模块在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待外形尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S5、将第二单元模块和第三单元模块在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S6、将第二单元模块和第三单元模块与第一单元模块和第四单元模块的组合件进行预拼装，分段定位后微调支撑槽钢并校正结合面处的平面，确保结合面处间隙一致及各侧面的平面度，其中法兰孔处平面度应不大于5mm，装配完成后，现场对接焊缝处焊接定位板，定位板的规格为δ40×100×150mm，并用M36螺栓固定，另外每隔500mm焊接定位工装马板，预装完成后对四组单元模块采用震动时效方法消除焊接应力。
进一步地，主箱体组装时，保持试验段的中轴垂直面与地面垂直、中轴水平面与地面水平、中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线与风洞中心轴线同轴；喷管接口法兰的中心、扩压器接口法兰的中心均与试验段中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线同心，喷管接口法兰和扩压器接口法兰的法兰面与风洞轴线垂直，两个纹影接口法兰面与试验段的中轴垂直面平行，纹影接口法兰中心在试验段的中轴水平面内。
进一步地，主箱体制作时，主材钢板采用数控排板，在布置对接焊缝时，避开最大应力及构件截面突变的部位，避开机械加工表面，避免十字对接焊缝。
进一步地，所述主箱体的单元件在制作时，钢板采用自动或半自动切割，零件下料的尺寸偏差不得超过1.5mm；切割后零件的边缘不得有裂纹及超过1.5mm缺棱；刨边加工时，坡口角度误差不大于±2.5°，尺寸误差不大于设计值的±1mm。
进一步地，所述主箱体的板材在矫正时：
当钢板厚度δ≤14mm，板材满足1m×1m平面度＞2mm；
厚度δ＞14mm，满足1m×1m平面度＞1mm时，并进行平面校平。
进一步地，各单元模块在拼装时，试验段对接焊缝错边S需满足：单面焊缝S≤0.1δ，双面焊缝S≤0.15δ，最大错边S为3mm；对于尖锐伤痕、刻槽缺陷应予以修磨，修磨斜度最大为1:3，磨深度不大于该部位钢板厚度的5％，且不大于2mm，否则应予补焊。
进一步地，所述主箱体焊接时，对接采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊，角焊缝采用CO2气体保护焊，搭接焊缝用CO2气体保护焊或手工电弧焊。
进一步地，所述主箱体焊缝质量检验时，焊缝表面均平缓过渡，焊波均匀，不得有漏焊、烧穿、气孔、裂纹、未焊透、咬边、夹渣、熔瘤、接头不良影响性能和外观质量的缺陷，所有对接焊缝经100％超声波探伤，角焊缝的承压焊缝经100％超声波探伤。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，解决了大尺度试验段主箱体运输困难的问题，避免了因安装空间狭小而相互干涉的问题。
2、本发明提供的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，在现场安装时更方便的进行各个部段的安装对位与精度调整，降低了施工现场使用的吊车规格，降低了施工现场安装成本，提高了现场安装的安全性。
3、本发明提供的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，通过将主箱体模块化单独加工后进行组装安装，降低了制造与安装的难度和成本，能够满足大口径风洞运行对试验段主箱体的技术要求，可推广应用于有较高精度要求的大型箱体容器或设备的制造与安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的高超声速风洞设备中的大尺度试验段正视图；
图2是根据本发明实施例的高超声速风洞设备中的大尺度试验段侧视图；
图3是根据本发明实施例其中之一的单元模块的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的第一单元模块的爆炸结构示意图；
图5是根据本发明实施例的第二单元模块的爆炸结构示意图
图6是根据本发明实施例的第三单元模块的爆炸结构示意图
图7是根据本发明实施例的第四单元模块的爆炸结构示意图
图8是根据本发明实施例的第四单元模块中面板的结构示意图。
图中：
2、支撑座；3、主箱体；9、喷管接口法兰；10、扩压器接口法兰；11、纹影接口法兰；301、第一单元模块；302、第二单元模块；303、第三单元模块；304、第四单元模块；3041、前侧板；3042、后侧板；3043、面板；3044、底板；3045、弧形板。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
根据本发明的实施例，
主箱体3是试验段最重要的部件，必须具有足够大的内部空间，同时还要满足与风洞其它设备，如大型模型迎角机构、大口径型面喷管、光学纹影系统、大口径扩压器等设备的接口需求，根据需要，试验段主箱体设计尺度超过7m×7m×12m，因此需要分段制造，并进行组装。
结合附图1-8，本发明一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，包括以下步骤：
S1、将主箱体3分成四个单元模块并单独加工成型，四个单元模块分别为第一单元模块301、第二单元模块302、第三单元模块303和第四单元模块304，每个单元模块均包括有前侧板3041、后侧板3042、面板3043、底板3044以及弧形板3045五个单元件；将面板3043、底板3044从圆弧连接处分段，弧形板3045单独压制成型，弧形板3045与面板3043、底板3044的对接处分别预留有焊接收缩余量，且收缩余量留在弧形板3045处；
S2、在各分段单元模块的面板3043内部安装加强筋，先焊接长度方向加强筋，待校正面板3043平面后再焊接宽度方向加强筋，分段的各单元件对接焊缝200mm范围内部安装有筋板，筋板待单元件焊接完成后再安装；
S3、根据主箱体3下平面结构形状制造胎架，胎架高度800mm，在胎架上将支撑座2装配完成，各单元模块的单元件在台阶及支撑座2上组装，对接处采用马板固定(马板是将两个平板拉紧调整位置的装置，连接定位板是长边对着的L型板)，且各单元模块内开档采用刚性支撑杆加强，并采用埋弧焊焊接对接焊缝；
S4、将第一单元模块301和第四单元模块304在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待外形尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S5、将第二单元模块302和第三单元模块303在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S6、将第二单元模块302和第三单元模块303与第一单元模块301和第四单元模块304的组合件进行预拼装，分段定位后微调支撑槽钢并校正结合面处的平面，确保结合面处间隙一致及各侧面的平面度，其中法兰孔处平面度应不大于5mm，装配完成后，现场对接焊缝处焊接定位板，定位板的规格为δ40×100×150mm，并用M36螺栓固定，另外每隔500mm焊接定位工装马板，预装完成后对四组单元模块采用震动时效方法消除焊接应力。
主箱体3组装时，保持试验段的中轴垂直面与地面垂直、中轴水平面与地面水平、中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线与风洞中心轴线同轴；喷管接口法兰9的中心、扩压器接口法兰10的中心均与试验段中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线同心，喷管接口法兰9和扩压器接口法兰10的法兰面与风洞轴线垂直，两个纹影接口法兰11面与试验段的中轴垂直面平行，纹影接口法兰11中心在试验段的中轴水平面内。
主箱体3制作时，主材钢板采用数控排板，在布置对接焊缝时，避开最大应力及构件截面突变的部位，避开机械加工表面，避免十字对接焊缝。
所述主箱体3的单元件在制作时，钢板采用自动或半自动切割，零件下料的尺寸偏差不得超过1.5mm；切割后零件的边缘不得有裂纹及超过1.5mm缺棱；刨边加工时，坡口角度误差不大于±2.5°，尺寸误差不大于设计值的±1mm。
所述主箱体3的板材在矫正时：
当钢板厚度δ≤14mm，板材满足1m×1m平面度＞2mm；
厚度δ＞14mm，满足1m×1m平面度＞1mm时，并进行平面校平。
各单元模块在拼装时，试验段对接焊缝错边S需满足：单面焊缝S≤0.1δ，双面焊缝S≤0.15δ，最大错边S为3mm；对于尖锐伤痕、刻槽缺陷应予以修磨，修磨斜度最大为1:3，磨深度不大于该部位钢板厚度的5％，且不大于2mm，否则应予补焊。
所述主箱体3焊接时，对接采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊，角焊缝采用CO2气体保护焊，搭接焊缝用CO2气体保护焊或手工电弧焊。
所述主箱体3焊缝质量检验时，焊缝表面均平缓过渡，焊波均匀，不得有漏焊、烧穿、气孔、裂纹、未焊透、咬边、夹渣、熔瘤、接头不良影响性能和外观质量的缺陷，所有对接焊缝经100％超声波探伤，角焊缝的承压焊缝经100％超声波探伤。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，
本发明提供的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，解决了大尺度试验段主箱体运输困难的问题，避免了因安装空间狭小而相互干涉的问题。在现场安装时更方便的进行各个部段的安装对位与精度调整，降低了施工现场使用的吊车规格，降低了施工现场安装成本，提高了现场安装的安全性。通过将主箱体模块化单独加工后进行组装安装，降低了制造与安装的难度和成本，能够满足大口径风洞运行对试验段主箱体的技术要求，可推广应用于有较高精度要求的大型箱体容器或设备的制造与安装。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将主箱体(3)分成四个单元模块并单独加工成型，四个单元模块分别为第一单元模块(301)、第二单元模块(302)、第三单元模块(303)和第四单元模块(304)，每个单元模块均包括有前侧板(3041)、后侧板(3042)、面板(3043)、底板(3044)以及弧形板(3045)五个单元件；将面板(3043)、底板(3044)从圆弧连接处分段，弧形板(3045)单独压制成型，弧形板(3045)与面板(3043)、底板(3044)的对接处分别预留有焊接收缩余量，且收缩余量留在弧形板(3045)处；
S2、在各分段单元模块的面板(3043)内部安装加强筋，先焊接长度方向加强筋，待校正面板(3043)平面后再焊接宽度方向加强筋，分段的各单元件对接焊缝200mm范围内部安装有筋板，筋板待单元件焊接完成后再安装；
S3、根据主箱体(3)下平面结构形状制造胎架，胎架高度800mm，在胎架上将支撑座(2)装配完成，各单元模块的单元件在台阶及支撑座(2)上组装，对接处采用马板固定，且各单元模块内开档采用刚性支撑杆加强，并采用埋弧焊焊接对接焊缝；
S4、将第一单元模块(301)和第四单元模块(304)在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待外形尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S5、将第二单元模块(302)和第三单元模块(303)在胎架上完成装配，测量外形尺寸及对角线尺寸，对角线尺寸偏差不大5mm，待尺寸合格后，内部采用槽钢进行固定；
S6、将第二单元模块(302)和第三单元模块(303)与第一单元模块(301)和第四单元模块(304)的组合件进行预拼装，分段定位后微调支撑槽钢并校正结合面处的平面，确保结合面处间隙一致及各侧面的平面度，其中法兰孔处平面度应不大于5mm，装配完成后，现场对接焊缝处焊接定位板，定位板的规格为δ40×100×150mm，并用M36螺栓固定，另外每隔500mm焊接定位工装马板，预装完成后对四组单元模块采用震动时效方法消除焊接应力。
2.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，主箱体(3)组装时，保持试验段的中轴垂直面与地面垂直、中轴水平面与地面水平、中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线与风洞中心轴线同轴；喷管接口法兰(9)的中心、扩压器接口法兰(10)的中心均与试验段中轴垂直面与中轴水平面相交的轴线同心，喷管接口法兰(9)和扩压器接口法兰(10)的法兰面与风洞轴线垂直，两个纹影接口法兰(11)面与试验段的中轴垂直面平行，纹影接口法兰(11)中心在试验段的中轴水平面内。
3.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，主箱体(3)制作时，主材钢板采用数控排板，在布置对接焊缝时，避开最大应力及构件截面突变的部位，避开机械加工表面，避免十字对接焊缝。
4.根据权利要求3所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，所述主箱体(3)的单元件在制作时，钢板采用自动或半自动切割，零件下料的尺寸偏差不得超过1.5mm；切割后零件的边缘不得有裂纹及超过1.5mm缺棱；刨边加工时，坡口角度误差不大于±2.5°，尺寸误差不大于设计值的±1mm。
5.根据权利要求4所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，所述主箱体(3)的板材在矫正时：
当钢板厚度δ≤14mm，板材满足1m×1m平面度＞2mm；
厚度δ＞14mm，满足1m×1m平面度＞1mm时，并进行平面校平。
6.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，各单元模块在拼装时，试验段对接焊缝错边S需满足：单面焊缝S≤0.1δ，双面焊缝S≤0.15δ，最大错边S为3mm；对于尖锐伤痕、刻槽缺陷应予以修磨，修磨斜度最大为1:3，磨深度不大于该部位钢板厚度的5％，且不大于2mm，否则应予补焊。
7.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，所述主箱体(3)焊接时，对接采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊，角焊缝采用CO2气体保护焊，搭接焊缝用CO2气体保护焊或手工电弧焊。
8.根据权利要求7所述的一种高超声速风洞大尺度试验段主箱体的组装工艺，其特征在于，所述主箱体(3)焊缝质量检验时，焊缝表面均平缓过渡，焊波均匀，不得有漏焊、烧穿、气孔、裂纹、未焊透、咬边、夹渣、熔瘤、接头不良影响性能和外观质量的缺陷，所有对接焊缝经100％超声波探伤，角焊缝的承压焊缝经100％超声波探伤。
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