CN113210924A - 一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，包括：在上下连接板长边顶部沿内弧进行钣金展开，展开的线与上下连接板长边在同一平面内，以展开的线作为内弧切割线；在内弧切割线一侧设置一组纵向板，纵向板长边平行于内弧切割线，使纵向板的外弧面与上下连接板的内弧面贴合设置，沿纵向板内弧面的轴线焊接埋弧焊丝，在两纵向板之间设置若干横向板形成切割轨道；沿内弧切割线斜切上下连接板；根据预设的坡口角度和坡口厚度沿切割轨道在上下连接板内弧面上切割形成内弧侧坡口，并沿外弧面截面轴线切割形成外弧侧坡口。本发明无需进行数控铣床加工，降低了制作成本，减少了制作周期，提高了制作效率，操作简单、通用性强。

Description

一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法

技术领域

本发明属于风洞技术领域，具体涉及一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法。

背景技术

自风洞问世以来，应用风洞技术进行空气动力研究和飞行器研制获得了重大进展，其作用也日趋显著。但随着试验对象(如飞行器)日益大型化，常规风洞试验面临一些严峻挑战，其中最重要的就是常规风洞无法在全尺寸雷诺数内进行试验，而高雷诺数风洞试验是实现飞行器气动力精细设计和飞行性能准确预测的前提和保证，低温风洞就是为解决这一问题诞生并发展起来的。低温风洞对试验段上游拐角段气流转向要求较高，因此在设计上与常规风洞有所区别，导流片是通过上下连接板安装在流道板内，其中导流片与上下连接板螺栓连接，上下连接板与流道板焊接。

上下连接板竖直焊接在流道板上，大部分上下连接板与流道板成一定角度，因此上下连接板辊制后需要进行不同角度的斜切，才能与流道板完全切合。上下连接板与流道板为全熔透焊接，因此斜切后需要制备不同形式的坡口，难度较大。上下连接板为承力部位，厚度大于流道板，在坡口设计上既要考虑坡口过大导致流道板的焊接变形，也要考虑坡口过小导致焊接缺陷的产生，因此坡口设计必须合理有效。

上下连接板尺寸较小，因此可采用数控铣床进行不同角度的斜切，制备不同角度和形式的坡口。但铣床加工价格昂贵，周期很长，难以满足低温风洞建设的工期要求，也提高了建设成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，无需进行数控铣床加工，大大降低了制作成本，减少了制作周期，提高了制作效率，同时方法简单易行、操作简单、通用性强。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，包括以下步骤：

S1、在上下连接板长边顶部沿内弧进行钣金展开，展开的线与上下连接板长边在同一平面内，以展开的线作为内弧切割线；

S2、在内弧切割线一侧设置两纵向板，纵向板长边平行于内弧切割线，使纵向板的外弧面与上下连接板的内弧面贴合设置，沿纵向板内弧面的轴线焊接埋弧焊丝，在两纵向板之间设置若干横向板形成切割轨道；其中，纵向板的长边、内弧切割线与埋弧焊丝均长度相等，纵向板与上下连接板的曲率半径相同；

S3、沿内弧切割线斜切上下连接板；

S4、根据预设的坡口角度和坡口厚度沿切割轨道在上下连接板内弧面上切割形成内弧侧坡口，在外弧面上切割形成外弧面截面并沿外弧面截面轴线切割形成外弧侧坡口。

进一步地，在所述S3中，上下连接板斜切后的长度为L，其中，

式中，Lmax为上下连接板理论长度，d为上下连接板的厚度，θ为上下连接板与流道板的夹角。

更进一步地，在所述S4中，预设的坡口角度和坡口厚度具体为：

1)当上下连接板与流道板的夹角θ为0°～5°时，内弧侧坡口角度与外弧侧坡口角度均为35～40°，内弧侧和外弧侧坡口厚度均为上下连接板厚度的1/2；2)当上下连接板与流道板的夹角θ为8°～13°时，内弧侧坡口角度θ1为25～30°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2，外弧侧坡口角度θ2为45～50°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2；

3)当上下连接板与流道板的夹角θ为20°～25°时，内弧侧坡口角度θ1为13～18°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2，外弧侧坡口角度θ2为55～60°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2；

4)当上下连接板与流道板的夹角θ为33°～38°时，内弧侧坡口角度θ1为0～5°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的3/5，外弧侧坡口角度θ2为64～66°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的2/5；

5)当上下连接板与流道板的夹角θ为48°～53°时，内弧侧坡口角度θ1为0°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的2/3，外弧侧坡口角度θ2为48～55°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/3。

更进一步地，内弧侧坡口与外弧侧坡口均为K型坡口。

更进一步地，当上下连接板与流道板的夹角θ为48°～53°时，焊接时先将上下连接板内弧侧焊接二层，然后采用电动铰刀对上下连接板外弧侧与流道板贴合处绞制出35°～40°坡口，然后继续焊接。

更进一步地，纵向板的宽度为30～32mm，其厚度为2～4mm。

更进一步地，埋弧焊丝的直径为4～6mm。

更进一步地，横向板的厚度为2～4mm，其宽度为20～28mm，其长度为常规半自动切割小车的轮距加上纵向板宽度。

更进一步地，所述流道板为椭圆状二十四边形流道板。

更进一步地，横向板的设置数量为3～7个。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本方法根据上下连接板所处的位置，制作不同的切割轨道，结合半自动切割小车，可以实现上下连接板不同角度的斜切以及坡口制备，无需进行数控铣床加工，大大降低了制作成本，减少了制作周期，提高了制作效率，同时方法简单易行、操作简单、通用性强。

2)本方法根据上下连接板与二十四边形流道板不同的夹角，设计出不同的坡口形式、坡口角度和切割长度，合理有效，能大大减小后续的焊接变形，同时减少焊接缺陷的产生，保证后续的焊接质量。

附图说明

图1为本发明实施例中上下连接板斜切及坡口制备的流程图；

图2为本发明实施例中上下连接板与切割轨道贴合的结构示意图；

图3为本发明实施例中切割轨道的结构示意图；

图4为本发明实施例中上下连接板的切割长度示意图；

图5为本发明实施例中上下连接板的坡口设计示意图；

图中，1-上下连接板，2-内弧切割线，3-纵向板，4-埋弧焊丝，5-横向板，6-椭圆状二十四边形流道板，7-切割轨道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1～5所示的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法(上下连接板内径为895mm，厚度为40mm，长度为480～960mm，材料为304L)，包括如下步骤：

(1)上下连接板1沿内弧切割线2展开

可利用NX三维软件进行上下连接板1建模，并进行钣金展开，将展开的内弧切割线2转化为CAD图。

(2)切割轨道7制作

根据展开的内弧切割线2设计切割轨道7的2个纵向板3，纵向板3的长边边缘即为展开的内弧切割线2，纵向板3宽度为32mm，采用厚度为3mm的304钢板切割制作。纵向板3的纵向中心线上点焊有等长的埋弧焊丝4，埋弧焊丝4直径为5mm。将点焊有埋弧焊丝4的纵向板3放置于待斜切的上下连接板1上，使纵向板3和上下连接板1完全贴合并进行锤击，直至纵向板3与上下连接板1具有相同的曲率半径895mm。在锤击好的2个纵向板3之间点焊5个横向板5，获得与上下连接板1配对的切割轨道7。其中横向板5厚度为3mm，宽度为25mm，长度为常规半自动切割小车的轮距+32mm。

(3)上下连接板1斜切

切割前利用切割轨道7在上下连接板1内弧面画出内弧切割线2，保证切割后上下连接板1长度与上下连接板1理论长度Lmax(480～960mm)相比短40*tanθ/2(θ为上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角)。以内弧切割线2为基准将切割轨道7放在上下连接板1内弧面合适位置，将半自动切割小车放置在切割轨道7上，小车轮子对准埋弧焊丝4，并确保割炬对齐内弧切割线2。切割时割炬垂直于上下连接板1。

(4)上下连接板1斜切后坡口设计

上下连接板1设计为K型坡口：

1)当上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角θ为0°时，坡口角度为对称38°；

2)当上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角θ约为10.7°时，内弧侧坡口角度θ1为27°，坡口厚度为板厚的1/2，外弧侧坡口角度θ2为47°，坡口厚度为板厚的1/2。

3)当上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角θ约为22.2°时，内弧侧坡口角度θ1为15°，坡口厚度为板厚的1/2，外弧侧坡口角度θ2为58°，坡口厚度为板厚的1/2；

4)当上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角θ约为35.3°时，内弧侧坡口角度θ1为0°，坡口厚度为板厚的3/5，外弧侧坡口角度θ2为65°，坡口厚度为板厚的2/5；

5)当上下连接板1与椭圆状二十四边形流道板6夹角θ约为50.8°时，内弧侧坡口角度θ1为0°，坡口厚度为板厚的2/3，外弧侧坡口角度θ2为52°，坡口厚度为板厚的1/3。拼装后，上下连接板1外弧侧与椭圆状二十四边形流道板6实际坡口角度θ2约为0～1°，当上下连接板1内弧侧焊接二层焊缝后，采用电动铰刀对上下连接板1外弧侧与二十四边形流道板6贴合处绞制出坡口，然后焊接上下连接板1内弧侧。

(5)上下连接板1制备坡口

上下连接板1斜切后，根据设计的坡口角度在上下连接板1内弧侧画出内弧侧坡口切割线，利用切割轨道7和半自动切割小车切割内弧侧坡口，然后根据外弧侧坡口厚度比例在切割出的截面上画出外弧侧坡口切割线，切割外弧侧坡口。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在上下连接板长边顶部沿内弧进行钣金展开，展开的线与上下连接板长边在同一平面内，以展开的线作为内弧切割线；

S2、在内弧切割线一侧设置两纵向板，纵向板长边平行于内弧切割线，使纵向板的外弧面与上下连接板的内弧面贴合设置，沿纵向板内弧面的轴线焊接埋弧焊丝，在两纵向板之间设置若干横向板形成切割轨道；其中，纵向板的长边、内弧切割线与埋弧焊丝均长度相等，纵向板与上下连接板的曲率半径相同；

S3、沿内弧切割线斜切上下连接板；

S4、根据预设的坡口角度和坡口厚度沿切割轨道在上下连接板内弧面上切割形成内弧侧坡口，在外弧面上切割形成外弧面截面并沿外弧面截面轴线切割形成外弧侧坡口。

2.根据权利要求1所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，在所述S3中，上下连接板斜切后的长度为L，其中，

式中，Lmax为上下连接板理论长度，d为上下连接板的厚度，θ为上下连接板与流道板的夹角。

3.根据权利要求2所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，在所述S4中，预设的坡口角度和坡口厚度具体为：

1)当上下连接板与流道板的夹角θ为0°～5°时，内弧侧坡口角度与外弧侧坡口角度均为35～40°，内弧侧坡口厚度和外弧侧坡口厚度均为上下连接板厚度的1/2；

2)当上下连接板与流道板的夹角θ为8°～13°时，内弧侧坡口角度θ1为25～30°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2，外弧侧坡口角度θ2为45～50°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2；

3)当上下连接板与流道板的夹角θ为20°～25°时，内弧侧坡口角度θ1为13～18°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2，外弧侧坡口角度θ2为55～60°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/2；

4)当上下连接板与流道板的夹角θ为33°～38°时，内弧侧坡口角度θ1为0～5°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的3/5，外弧侧坡口角度θ2为64～66°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的2/5；

5)当上下连接板与流道板的夹角θ为48°～53°时，内弧侧坡口角度θ1为0°，内弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的2/3，外弧侧坡口角度θ2为48～55°，外弧侧坡口厚度为上下连接板厚度的1/3。

4.根据权利要求3所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，内弧侧坡口与外弧侧坡口均为K型坡口。

5.根据权利要求3所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，当上下连接板与流道板的夹角θ为48°～53°时，焊接时先将上下连接板内弧侧焊接二层，然后采用电动铰刀对上下连接板外弧侧与流道板贴合处绞制出35°～40°坡口，然后继续焊接。

6.根据权利要求4所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，纵向板的宽度为30～32mm，其厚度为2～4mm。

7.根据权利要求6所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，埋弧焊丝的直径为4～6mm。

8.根据权利要求6所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，横向板的厚度为2～4mm，其宽度为20～28mm，其长度为常规半自动切割小车的轮距加上纵向板宽度。

9.根据权利要求2所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，所述流道板为椭圆状二十四边形流道板。

10.根据权利要求8所述的一种低温风洞导流片的上下连接板斜切及坡口制备方法，其特征在于，横向板的设置数量为3～7个。

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