CN113714748B - 一种大型风洞收缩段制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型风洞收缩段制造方法，根据风洞收缩段尺寸设计制造反向型面胎具；在型面胎具上对收缩段壳体框架的安装位置进行划线；划线后对装配位置进行复检；然后再胎具上对收缩段框架进行组对焊接；焊接完成后对框架尺寸进行检查；尺寸检查合格后进行翻身，使内型面向上，进行蒙皮组装；最后进行整体组对，将上、下、左、右框架焊接在一起。该制造方法能够有效保证大型风洞收缩段的型面尺寸，同时具有操作简便，节省工期，适用范围广等优点，对其他尺寸大、刚性差的曲面型面的钢结构设备的制造有着重要的借鉴和应用价值。

Description

一种大型风洞收缩段制造方法

技术领域

本发明属于设备制造领域，具体的领域为风洞制造领域中的一种大型风洞收缩段制造方法。

背景技术

风洞是针对大型先进飞行器研制所必须解决的关键空气动力及相关问题而建立的多学科融合模拟的地面试验设备，收缩段位于稳定段与试验段之间，其主要作用是加速气流流速，改善试验段流动的均匀性，降低试验段气流湍流度。

风洞收缩段作为钢结构风洞中的关键部段之一，其型面曲线为双三次曲线，因此，当大型风洞的收缩段外形尺寸越大、重量越重，在制造过程中控制其形位公差和尺寸公差的难度越大。在以往的风洞建设中，因为风洞尺寸小，通过设计型面胎具，将蒙皮直接铺设在胎具上进行定型，然后将胎具进行焊接成风洞形状。因为风洞尺寸小，在整个蒙皮的铺设和焊接过程中，可以通过组装工艺和焊接工艺对整个风洞的形变量进行后期的校正，从而实现风洞收缩段的制造。

但是随着技术的更新和试验的要求，小型风洞显然已经不能满足实际需要，而大型风洞再采用传统的制造方法就面临着两个无法绕开的技术难点。一是大面积的型面，蒙皮受到自身重力的影响会发生严重的形变量，而且这种形变量无法通过后期的主动校正进行消除；二是在安装过程中，大面积的型面在进行校准的过程中非常苦难，当两个因素累加在一起时，导致收缩段在最后成型后，整个风洞内的型面会发生严重的扭曲现象。无法达到设计和试验的要求。

发明内容

本发明的第一个目的是在现有技术的基础上提出一种大型风洞收缩段制造方法，解决因为蒙皮过大导致的自身形变量的问题。

本发明的第二个目的是解决实施第一个目的焊接过程中，蒙皮出现大量变形的问题。

本发明的第三个目的是解决在组装过程中如何确保安装精度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大型风洞收缩段制造方法，包括以下步骤：

S1：根据风洞收缩段尺寸设计对应的型面胎具，

S2：在型面胎具上，沿着型面铺设蒙皮，

S3：将铺设有蒙皮的胎具按照风洞收缩段的外形进行组装连接为完整的风洞收缩段后，取下胎具；

在S1和S2之间进行如下步骤：

S101：沿着型面胎具弧形方向的内表面，垂直于型面弧线方向设置有若干安装槽，在每一个安装槽内敷设框条；

S102：在框条的一侧沿着型面胎具的型面弧线方向设置有临时筋板，将临时筋板与所有的框条固定为一个整体框架；

S103：沿着型面弧形方向，在相邻框条之间依次焊接加强筋，焊接完加强筋后取下临时筋板；

S104：将焊接后为一体的框架从型面胎具上取下，将其框架凸出的侧面作为蒙皮的型面；

在S2进行蒙皮的过程中包括以下步骤：

S201：沿着风洞侧壁的型面尺寸将蒙皮分为若干块；

S202：将相邻的两块蒙皮铺设在框架上，并通过焊接的方式将两块蒙皮的边缝焊接为一体；

S203：采用S202的方式，将所有独立的蒙皮焊接为一块整体的蒙皮；

S204：对蒙皮的所有焊缝进行探伤和热处理后，将蒙皮上的焊缝与框架焊接为一体；

在S3进行风洞收缩段组装时包括以下步骤：

S301：将四个焊接有蒙皮的框架进行整体组对，将上、下、左、右四个侧面拼接为完整的风洞收缩段；

S302：取下框架上的筋板，对相互对接的框条进行焊接，使得四根框条焊接为一个矩形框；

S303：对框架上的蒙皮与相邻框架上的蒙皮进行焊接。

在上述技术方案中，在S202和S203过程中采用局部控温法完成对焊缝的焊接，具体过程为：

A1：沿着待焊接的焊缝方向设置若干组由两个降温器构成的温控区，所述降温器设置在蒙皮上，温控区为两个降温器相对设置之间的空白区域；

A2：通过反变形法在蒙皮焊缝侧边预制出2mm的变形量，将所有的温控区沿着焊缝为非对称设置；

A3：在降温器内设置有流动的吸热介质，通过吸热介质带走焊缝焊接时产生到蒙皮上的热量；

A4：完成焊缝的焊接后，去除掉降温器。

在上述技术方案中，对于完成焊接后的两块蒙皮，其焊缝采用机械校正法进行焊接校正，具体过程为：

B1：在焊缝上设置一块敲击板，利用橡胶锤敲打敲击版，通过敲击板将作用力作用大焊缝上；

B2：沿着焊缝方向移动敲击板，完成对整个焊缝的敲打校正。

在上述技术方案中，对完成机械校正后的焊缝采用氩弧焊校正法进行校正，具体为用焊机的钨极对蒙皮焊缝进行热校。

在上述技术方案中，所述吸热介质为干冰。

在上述技术方案中，每个框架中依次有若干个框条，依次的每一根框条与另外三个框架中相同位置的框条一一对应。

在上述技术方案中，相邻两个框架之间，对框条的对接缝进行焊接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明在现有技术的基础上进行了巧妙的工艺结构改进，解决了在大面积、大尺寸条件下蒙皮的铺设过程中自身变形的问题，也同时解决了在风洞型面组装过程中的安装精度问题，同时具有操作简便，节省工期，适用范围广等优点，对其他尺寸大、刚性差的曲面型面的钢结构设备的制造有着重要的借鉴和应用价值。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明制造的风洞收缩段结构示意图；

图2是框架与胎具的结构示意图；

图3是蒙皮的安装示意图；

图4是蒙皮焊接时的校正示意图；

其中：1是框架，2是蒙皮，3是框条，4是加强筋，5是型面胎具，6是临时筋板，7是安装槽，8是焊接区域，9是焊缝，10是降温器，11是温控区。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例的方案针对的主体如图1 所示，是一种大型尺寸的风洞收缩段，收缩段进口尺寸16366mm×12993mm，出口尺寸8000mm×6000mm，前后端轴线长度为14050mm。该收缩段为单层焊接结构，由壁板、纵横肋板、翼板等组成。其中横向筋板和纵向筋板构成加强框架并形成收缩曲面，内型面壁板由12mm钢板压制成形。壳体材料均为Q355B，总重达140吨。

在进行风洞收缩段制造时：

第一步：根据风洞收缩段图纸，设计制造专用反向的型面胎具5。型面胎具5型面筋板采用机床加工而成，保证制造型面精度准确，良好的胎具精度是保证部件精度的基础，要求胎具精度为±1mm，胎具立体图如图2所示。

第二步，在上述步骤制造的型面胎具5上对收缩段壳体框架的安装位置进行划线。划线需要考虑实际焊接所有尺寸，以保证最后焊接后尺寸精度为设计精度，沿着划线位置设置为安装槽7，用于安装放置横向的框条3。

第三步，对于上述步骤的划线和安装槽结果进行复检。由于上下胎具与左右胎具不同，为保证部件制造后避免出现横筋错边，需对框条3的装配位置复检：在水平地面上对横向T型组对位置进行校核，以壳体框架装配起点对齐，进行水平放线，确定上下与左右壳体框条3安装位置是否在同一平面内，保证单件组对精度。若发现上下胎具与左右胎具框条放线尺寸偏差＞2mm，则对放线尺寸进行复验，保证上下与左右胎具上框架框条安装位置偏差在±1mm以内。

第四步，对于上述步骤制造的型面胎具，按照胎架中横向筋板划线、安装槽位置为基准，将框条依次进行组对焊接，相邻框条3之间设置加强筋4。从入口端第一列框条3为起始点从前往后依次进行框架组对，组装时保证框条3与安装槽重合，同时保证框条3组对角度，单列框条3组对后采用临时筋板将框条与加强筋4固定，通过连接挡板比对靠齐，控制角度偏差在1°以内，此条件下框条3组对时允许最大偏差为5mm，再整体组对时再对上下左右接触位置横梁进行微调整，控制最终错边误差在±2mm范围内。保证下部前后端点与胎具型面完全接触，保证该段型面尺寸不产生角度倾斜。框架横向框架边缘处无纵向筋，对所有边缘处前后框条3之间增加临时筋板7，控制焊接过程中变形，保证框条3位置精确，在与侧面加强筋6组对时不出现较大错边。

第五步，对上述步骤制造的框架尺寸进行检查。壳体内型面与胎具接触位置要求全部重合，壳体长度方向总尺寸偏差控制在±3mm；横向尺寸全部预留50mm余量。

第六步，对于上述步骤制造的框架1进行翻身，如图3所示，使内型面向上，进行蒙皮2组装。单件框架1制造完成后整体翻身，采取内型面向上，以框架1为基准，在其上部根据放样尺寸依次排版吊装蒙皮2。蒙皮2焊接顺序为先焊接蒙皮对接焊缝，焊缝焊接完成后进行探伤及热处理。再焊接蒙皮2与框架1间焊缝，整体制造完成后根据放线尺寸进行蒙皮余量切除。

为了确保蒙皮在焊接过程中不会出现热变形，在焊接过程中采用了三步校正法对焊接的焊缝进行校正，分别为：

焊接时的局部控温法，如图4所示，沿着待焊接的焊缝5方向设置若干组由两个降温器10构成的温控区11，所述降温器10设置在蒙皮上，温控区11为两个降温器10相对设置之间的空白区域；通过反变形法在蒙皮焊缝5侧边预制出2mm的变形量，将所有的温控区11沿着焊缝9为非对称设置；在降温器10内设置有流动的吸热介质，通过吸热介质带走焊缝9焊接时产生到蒙皮上的热量；完成焊缝9的焊接后，去除掉降温器10。

完成焊接后采用机械校正法对焊缝进行敲打，为了具有均匀的敲打效果，采用在焊缝上设置一块敲击板，利用橡胶锤敲打敲击板，通过敲击板将作用力传递到焊缝上。在敲打过程中，可以采用移动装置移动敲击板，通过控制系统自动控制敲打的频率，保证所有的焊缝具有相同的敲打效果。

最后采用氩弧焊校正法进行校正，具体为用焊机的钨极对蒙皮焊缝进行热校，确保焊缝的焊接均匀性。

第七步，对于上述步骤制造的蒙皮框架结构进行型面检测，若存在超差部位需进行修正，直至所有型面数据满足指标要求。型面检测采用三维激光扫描仪对型面进行整体扫描，扫描成型后与设计三维模型进行对比，分析出框架实际型面尺寸偏差。

第八步，分别将根据上述步骤制造的上、下、左、右蒙皮框架结构进行整体组对，将上、下、左、右框架和蒙皮焊接在一起。将下框架按照图纸尺寸固定，以下框架为基准依次吊装左右框架和上框架。框架安装前先进行安装尺寸划线、合理布置吊点保证吊装稳定性、合理增加内部支撑保证部件刚性及安装稳定性。整体组对后进行刚性固定，尺寸精度调整合格后采取八组人对人多点焊接，如图中的焊接区域8。先焊接框架对接焊缝再焊接蒙皮2对接焊缝，最终完成壳体整体高质量制造。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种大型风洞收缩段制造方法，包括以下步骤：

S1：根据风洞收缩段尺寸设计对应的型面胎具，

S2：在型面胎具上，沿着型面铺设蒙皮，

S3：将铺设有蒙皮的型面胎具按照风洞收缩段的外形进行组装连接为完整的风洞收缩段后，取下型面胎具；

其特征在于在S1和S2之间进行如下步骤：

S101：沿着型面胎具弧形方向的内表面，垂直于型面弧线方向设置有若干安装槽，在每一个安装槽内敷设框条；

S102：在框条的一侧沿着型面胎具的型面弧线方向设置有临时筋板，将临时筋板与所有的框条固定为一个整体框架；

S103：沿着型面弧形方向，在相邻框条之间依次焊接加强筋，焊接完加强筋后取下临时筋板；

S104：将整体框架从型面胎具上取下后进行翻转，将其框架凸出的侧面作为蒙皮的型面；

在S2进行铺设蒙皮的过程中包括以下步骤：

S201：沿着风洞侧壁的型面尺寸将蒙皮分为若干块；

S202：将相邻的两块蒙皮铺设在框架上，并通过焊接的方式将两块蒙皮的边缝焊接为一体；

S203：采用S202的方式，将所有独立的蒙皮焊接为一块整体的蒙皮；

S204：对蒙皮的所有焊缝进行探伤和热处理后，将蒙皮上的焊缝与框条焊接为一体；

在S3进行风洞收缩段组装时包括以下步骤：

S301：将四个焊接有蒙皮的框架进行整体组对，将上、下、左、右四个侧面拼接为完整的风洞收缩段:

S302：对框架上的蒙皮与相邻框架上的蒙皮进行焊接。

2.根据权利要求1所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于在S202和S203过程中采用局部控温法完成对焊缝的焊接，具体过程为：

A1：沿着待焊接的焊缝方向设置若干组由两个降温器构成的温控区，所述降温器设置在蒙皮上，温控区为两个降温器相对设置之间的空白区域；

A2：通过反变形法在蒙皮焊缝侧边预制出2mm的变形量，将所有的温控区沿着焊缝为非对称设置；

A3：在降温器内设置有流动的吸热介质，通过吸热介质带走焊缝焊接时产生到蒙皮上的热量；

A4：完成焊缝的焊接后，去除掉降温器。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于对于完成焊接后的两块蒙皮，其焊缝采用机械校正法进行焊接校正，具体过程为：

B1：在焊缝上设置一块敲击板，利用橡胶锤敲打敲击板 ，通过敲击板将作用力作用到焊缝上；

B2：沿着焊缝方向移动敲击板，完成对整个焊缝的敲打校正。

4.根据权利要求3所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于：对完成机械校正后的焊缝采用氩弧焊校正法进行校正，具体为用焊机的钨极对蒙皮焊缝进行热校。

5.根据权利要求2所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于所述吸热介质为干冰。

6.根据权利要求1所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于：每个框架中依次有若干个框条，依次的每一根框条与另外三个框架中相同位置的框条一一对应。

7.根据权利要求6所述的一种大型风洞收缩段制造方法，其特征在于相邻两个框架之间，对框条的对接缝进行焊接。

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