CN113210838A - 一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，将待补焊的产品通过补焊工装装配于环缝搅拌摩擦焊设备上；补焊工装包括芯轴、中心杆、撑块、垫板、撑杆，装配后，装夹后的产品通过补焊工装的芯轴固定在环缝搅拌摩擦焊设备的芯轴上，撑紧构件的垫板用于撑紧待焊接产品内壁处需补焊的焊缝；补焊后将补焊工装与补焊后的产品上拆除，将补焊工装的芯轴从环缝搅拌摩擦焊设备芯轴上拆卸下来即可。本发明操作简单，补焊方式可靠，降低生产成本，对于生产制造业来说可以实现质量、效益双提升。

Description

一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法

技术领域

本发明属于环缝搅拌摩擦焊接补焊装置技术领域，具体涉及一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法。

背景技术

随着我国航天任务需求的不断发展，航天飞行器的推重比、有效载荷等不断提升，以火箭燃料贮箱为代表的航天飞行器结构件向大直径、重载、长期贮存服役等方向发展，对结构轻量化和可靠性提出了越来越高的要求。优质高效的固相连接方法—搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding:FSW)成为贮箱制造的主要技术。目前，贮箱搅拌摩擦焊环缝的隧道孔缺陷未能从根本上消除，补焊技术手段不够成熟，有质量和效率提升空间，不足主要体现在以下2个方面：

1、熔焊补焊焊缝质量较差

根据火箭贮箱生产文件要求当缺陷超标后，在具备搅拌摩擦焊接补焊的情况下，允许进行局部或全长补焊；在不具备搅拌摩擦焊补焊的情况下，经设计同意，允许局部采用熔焊补焊。目前封箱搅拌摩擦焊不具备局部搅拌摩擦焊能力，局部点状断续缺陷经设计同意采取补焊手段为熔焊挖排补焊，一次补焊合格后焊缝抗拉强度从300～340MP垫板下降至260～280MP垫板，力学性能下降15％左右，大大影响焊缝可靠性。且2219材料搅拌摩擦焊完成后焊缝致密性相对母材较差，容易出现气孔、裂纹等缺陷造成多次补焊，风险较高。

2、封箱焊缝连续性缺陷无法进行局部搅拌摩擦焊补焊

目前贮箱最后一条环缝焊接完成后若拆卸可拆卸内支撑前相控阵未检测出较长连续性缺陷，由于产品为封闭贮箱，且可拆卸内撑结构复杂，重量在1T以上，无法再次将可拆卸内撑涨圈重新吊装至箱体内部，不具备使用回抽搅拌摩擦焊补焊条件，需分解最后一条环缝，使用搅拌摩擦焊重新焊接，该方法工艺风险较大，返修过程将损失较多的金属材料，使得最终产品长度超差，以及补焊后再次出现新的搅拌摩擦焊缺陷的问题，给工厂造成较大的经济损失。

虽然塞补焊是专门为补焊结构复杂的搅拌摩擦焊焊缝设计，但目前工厂使用的搅拌摩擦焊设备大多不具备塞补焊功能，且塞补焊工艺还不够成熟，运用起来较为困难，且改造设备成本较高。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，包括以下步骤：

步骤1：将待补焊的产品通过补焊工装装配于环缝搅拌摩擦焊设备上；

所述补焊工装包括芯轴、中心杆、撑块、垫板、撑杆，两个所述中心杆构成一个杆组，杆组的内端与芯轴连接，所述撑块的一端与杆组的外端连接，另一端通过转接件连接垫板以构成撑紧构件；若干撑紧构件相对于芯轴周向布置以围成一个与待补焊产品内部适配的盘状内撑环，所述撑杆的两端分别连接相邻的两个撑块；

装配后，装夹后的产品通过补焊工装的芯轴固定在环缝搅拌摩擦焊设备的芯轴上，调节转接件使内撑环中撑紧构件的垫板将待焊接产品内壁处需补焊的焊缝撑紧；

步骤2：补焊；

启动环缝搅拌摩擦焊设备，利用设备上的搅拌针将被垫板撑紧的焊缝进行补焊；

步骤3：拆除补焊产品

将补焊工装从补焊后的产品上拆除，将补焊工装的芯轴从环缝搅拌摩擦焊设备芯轴上拆卸下来，设备芯轴退出，补焊后的产品从环缝搅拌摩擦焊设备上拆卸下来，完成补焊工作。

具体的，所述转接件包括转接座、螺杆、螺母，所述转接座通过螺钉固定于所述垫板靠近撑块的一端，螺杆的一端与转接座连接，另一端穿过撑块，两个螺母分别位于撑块的两端且与螺杆螺接；所述步骤1中，转动螺母使螺杆带动垫板远离撑块，垫板与撑块的间距变大的同时将待焊接产品内壁处需补焊的焊缝撑紧；所述步骤3中，补焊后转动螺母使螺杆带动垫板靠近撑块，垫板与撑块的间距变小的同时将待焊接产品内壁处补焊后焊缝松驰，拆除撑紧构件与撑杆后从补焊后的箱体取出，最后将补焊工装的芯轴从设备芯轴上拆卸下来；螺杆带动垫板靠近或远离撑块，从而使垫板与撑块的间距变大或变小，以便于适应不同内径的环焊缝补焊。

进一步的，所述垫板的通过三个转接件与撑块连接，三个转接件连接垫板与撑块的结构更加稳定，支撑性能好，当转接件内部螺纹孔损坏时，更换转接件就能解决螺纹损伤螺杆无法安装的问题，避免补焊工装大规模返修。

具体的，四组撑紧构件依次相对于芯轴周向均布以构成盘状内撑环。

具体的，所述芯轴外固设套环，套环上设置T形插槽，所述T形插槽轴向延伸至贯穿套环的端部，所述中心杆的内端与T形插槽适配，所述步骤1将中心杆的内端从套环的端部插入T形插槽以将撑紧构件与芯轴连接；所述步骤3中补焊完成后，将中心杆从套环的端部拆下即与芯轴分离。

具体的，所述芯轴外部设有上、下两个套环，所述上、下两个套环上的T形插槽分别轴向延伸至贯穿套环的上端、下端，所述撑紧构件中一个垫块分别与上、下两个杆组连接，所述上、下两个杆组的中心杆分别与上、下两个套环上的T形插槽适配。

具体的，所述中心杆的外端与撑块螺接。

本发明的有益效果为：

本发明提供的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，在设备不具备塞补焊功能的情况下，可以在已经完成封箱装焊的贮箱内进行装配，顶紧缺陷区域，实现封箱焊缝回抽补焊，根据当前搅拌摩擦焊发展的技术水平，回抽补焊工艺成熟，无需新投或改造搅拌摩擦焊环缝设备，故实现封箱后回抽补焊工艺方法更为可靠且投入成本更低，且操作简单，补焊方式可靠，补焊性能远高于熔焊补焊，大幅度降低生产成本，对于生产制造业来说可以实现质量、效益双提升。

附图说明

图1为装配后俯视图；

图2为；芯轴俯视图；

图3为图2中A-A剖图；

图4为撑紧构件局部示意图；

图5为转接座示意图；

其中，1为芯轴，2为中心杆，3为撑块，4为垫板，5为撑杆，6为转接座，7为螺杆，8为螺母，9为套环，10为T形插槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，包括以下步骤：

步骤1：将待补焊的贮箱通过补焊工装装配于环缝搅拌摩擦焊设备上；

所述补焊工装包括芯轴1、中心杆2、撑块3、垫板4、撑杆5，如图2所示，芯轴1外固设套环9，套环9上设置T形插槽10，T形插槽10轴向延伸至贯穿套环9的端部；两个中心杆2构成一个杆组，杆组的内端与芯轴1连接，所述撑块3的一端与杆组的外端螺接，另一端通过三个转接件连接垫板4以构成撑紧构件；四组撑紧构件相对于芯轴1周向均布以构成盘状内撑环，4撑杆5的两端分别连接相邻的两个撑块3；如图3所示，本实施例中芯轴1外部设有上、下两个套环9，上、下两个套环上的T形插槽分别轴向延伸至贯穿套环的上端、下端，撑紧构件中一个垫块3分别与上、下两个杆组连接，上、下两个杆组的中心杆2分别与上、下两个套环上的T形插槽10适配；如图4、5所示，所述转接件包括转接座6、螺杆7、螺母8，所述转接座6通过螺钉固定于所述垫板4靠近垫板4的一端，螺杆7的一端与转接座6连接，另一端穿过撑块3，两个螺母8分别位于撑块3的两端且与螺杆7螺接；

装配时，将设备芯轴1移动到需要补焊的部位，通过箱体底端法兰将封箱环缝搅拌摩擦焊局部补焊可拆卸内撑零件按照装配顺序依次带入箱体内部，先将补焊工装的芯轴1固定在设备芯轴上，将中心杆2的内端从套环9的端部插入T形插槽10，再将垫板4与撑块3用螺柱相连，将螺柱有效长度通过螺母8调节至最短，将中心杆2的外端与撑块3连接并拧紧，将四组撑紧构件以及撑杆5装配到位，使用环缝设备外抱爪抱紧待焊区域，依次调节螺柱上的螺母8，使垫板4将撑紧待补焊的箱体环封内壁处需补焊的焊缝撑紧，至此，封箱环缝搅拌摩擦焊局部补焊可拆卸内撑安装完毕；

步骤2：补焊；

启动环缝搅拌摩擦焊设备，设备上的搅拌针将被垫板4撑紧的焊缝进行补焊；

步骤3：拆除补焊产品

将补焊工装与补焊后的贮箱上拆除，先旋转螺母8，将撑紧构件拆除，从箱底法兰取出，再将撑杆5、撑紧构件全部从箱底法兰取出，最后将补焊工装的芯轴1从设备芯轴上拆卸下来，操作者退出贮箱，设备芯轴退出贮箱，箱体从环缝搅拌摩擦焊设备上拆卸下来，完成补焊工作。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待补焊的产品通过补焊工装装配于环缝搅拌摩擦焊设备上；

所述补焊工装包括芯轴、中心杆、撑块、垫板、撑杆，两个所述中心杆构成一个杆组，杆组的内端与芯轴连接，所述撑块的一端与杆组的外端连接，另一端通过转接件连接垫板以构成撑紧构件；若干撑紧构件相对于芯轴周向布置以围成一个与待补焊产品内部适配的盘状内撑环，所述撑杆的两端分别连接相邻的两个撑块；

装配后，装夹后的产品通过补焊工装的芯轴固定在环缝搅拌摩擦焊设备的芯轴上，调节转接件使内撑环中撑紧构件的垫板将待焊接产品内壁处需补焊的焊缝撑紧；

步骤2：补焊；

启动环缝搅拌摩擦焊设备，利用设备上的搅拌针将被垫板撑紧的焊缝进行补焊；

步骤3：拆除补焊产品

将补焊工装从补焊后的产品上拆除，将补焊工装的芯轴从环缝搅拌摩擦焊设备芯轴上拆卸下来，设备芯轴退出，补焊后的产品从环缝搅拌摩擦焊设备上拆卸下来，完成补焊工作。

2.根据权利要求1所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，所述转接件包括转接座、螺杆、螺母，所述转接座通过螺钉固定于所述垫板靠近撑块的一端，螺杆的一端与转接座连接，另一端穿过撑块，两个螺母分别位于撑块的两端且与螺杆螺接；所述步骤1中，转动螺母使螺杆带动垫板远离撑块，垫板与撑块的间距变大的同时将待焊接产品内壁处需补焊的焊缝撑紧；所述步骤3中，补焊后转动螺母使螺杆带动垫板靠近撑块，垫板与撑块的间距变小的同时将待焊接产品内壁处补焊后焊缝松驰，拆除撑紧构件与撑杆后从补焊后的箱体取出，最后将补焊工装的芯轴从设备芯轴上拆卸下来。

3.根据权利要求1或2所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，所述垫板的通过三个转接件与撑块连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，四组撑紧构件相对于芯轴周向均布以构成盘状内撑环。

5.根据权利要求1或2所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，所述芯轴外固设套环，套环上设置T形插槽，所述T形插槽轴向延伸至贯穿套环的端部，所述中心杆的内端与T形插槽适配，所述步骤1将中心杆的内端从套环的端部插入T形插槽以将撑紧构件与芯轴连接；所述步骤3中补焊完成后，将中心杆从套环的端部拆下即与芯轴分离。

6.根据权利要求5所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，所述芯轴外部设有上、下两个套环，所述上、下两个套环上的T形插槽分别轴向延伸至贯穿套环的上端、下端，所述撑紧构件中一个垫块分别与上、下两个杆组连接，所述上、下两个杆组的中心杆分别与上、下两个套环上的T形插槽适配。

7.根据权利要求5或6所述的基于回抽搅拌摩擦焊工艺的封箱环焊缝补焊方法，其特征在于，所述中心杆的外端与撑块螺接。

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