CN114054933A - 箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置及装配方法，包括顶盖压紧机构、环缝焊接工装和焊接辅助工装，顶盖压紧机构底部固定连接至焊接辅助工装，焊接辅助工装安装至箱底外表面，环缝焊接工装底部固定至球形膜胎顶部。本发明所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置及装配方法针对5m直径贮箱箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接过程中无法通过立柱固定相关压紧工装以及工装无法生根问题，设计出了适用于顶盖环缝无中心孔固定外压专用工装，静止环通过地基连接杆与地基相连，保证焊接时不旋转，不与主轴干涉；旋转环通过旋转杆与膜胎连接，与转台膜胎同步旋转，解决了无中心孔工装无法固定生根的问题。

Description

箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置及装配方法

技术领域

本发明属于航天设备技术领域，尤其是涉及一种箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置及装配方法。

背景技术

搅拌摩擦焊接技术是一种固相连接技术，其原理是采用高速旋转的搅拌头扎入工件后沿着焊接方向运动，在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使周围金属形成塑形软化层，软化层金属在搅拌头的旋转作用下填充搅拌针后方所形成的空腔，在轴肩和搅拌针的挤压和搅拌作用下实现材料的连接。该技术具有焊接接头质量高、焊接变形小和焊接过程绿色无污染等优点。目前搅拌摩擦焊接技术已经成功应用到新一代运载火箭以及现役运载火箭贮箱壳段的长直纵缝焊接中，随着型号对运载火箭贮箱减重以及对接头高稳定性、高可靠性要求的不断提高，经过多年技术攻关，目前国内已经逐步实现了该技术在箱底环缝上的工程化应用。

现有工艺方法仅可满足顶盖带中心法兰孔结构箱底的焊接需求，通过法兰中心孔内穿支撑压紧机构进行待焊产品的固定，使其满足焊接要求。

但是，对于顶盖中心没有法兰孔的箱底，无法实现搅拌摩擦焊接，只能通过增加工艺法兰孔的形式进行搅拌摩擦焊接，这导致人为增加了一道法兰密封结构，不仅使得产品增重，还增加了密封泄漏的可能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，研制了对应的焊接装置，实现了无中心孔顶盖结构5米级箱底的高质量搅拌摩擦焊接，实现了突破性进展。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，包括顶盖压紧机构、环缝焊接工装和焊接辅助工装，所述顶盖压紧机构用于压紧顶盖本体，顶盖压紧机构底部固定连接至焊接辅助工装，焊接辅助工装安装至箱底外表面，箱底套设于球形膜胎外部，环缝焊接工装底部固定至球形膜胎顶部，环缝焊接工装顶部位于箱底顶部圆环待焊区内，所述环缝焊接工装信号连接至控制器。

进一步的，所述顶盖压紧机构包括静止环、转动环、连接轴和若干外连接杆，所述静止环，连接轴顶部固定连接至静止环中部，连接轴底部转动连接至转动环，所述转动环固定连接至顶盖本体顶部，静止环外壁一圈通过若干螺栓连接至焊接辅助工装，静止环外壁顶部周向均布若干外连接杆，外连接杆底部固定连接至设备基础地基表面。

进一步的，所述外连接杆的数量不少于2个。

进一步的，所述环缝焊接工装包括焊接垫板和伺服驱动机构，所述伺服驱动机构底部固定连接至球形膜胎顶部，伺服驱动机构顶部连接至焊接垫板，所述伺服驱动机构信号连接至控制器。

进一步的，所述焊接辅助工装包括旋转环、轴承垫环和若干旋转连接杆，所述旋转环底部固定连接至箱底顶部外壁，旋转环顶部外壁周向均布若干旋转连接杆，旋转连接杆的底部均安装至箱底外壁底部，旋转环顶部内壁通过轴承转动连接至轴承垫环底部，轴承垫环内壁螺栓连接静止环。

相对于现有技术，本发明所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置具有以下优势：

(1)本发明所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，针对5m直径贮箱箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接过程中无法通过立柱固定相关压紧工装以及工装无法生根问题，设计出了适用于顶盖环缝无中心孔固定外压专用工装，静止环通过地基连接杆与地基相连，保证焊接时不旋转，不与主轴干涉；旋转环通过旋转杆与膜胎连接，与转台膜胎同步旋转，解决了无中心孔工装无法固定生根的问题。

本发明的另一目的在于提出一种箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装配方法，以解决现有技术不足。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装配方法，包括以下步骤：

S1、将箱底安装至球形模胎；

S2、在箱底表面、球形模胎顶部安装环缝焊接工装；

S3、通过伺服驱动机构下降焊接垫板，并对箱底的圆环待焊区进行铣切作业；

S4、通过伺服驱动机构升降焊接垫板，使焊接垫板与箱底的圆环待焊区相接触；

S5、装配顶盖本体至箱底的圆环待焊区；

S6、拆卸顶盖本体顶部定位轴，安装顶盖压紧机构；

S7、启动球形模胎的转动机构以及启动焊接机构，对焊接机构对转动的待焊接环缝进行焊接。

相对于现有技术，本发明所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装配方法

具有以下优势：

(1)本发明所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装配方法，开发出了适用于5m直径贮箱箱底无中心孔顶盖与圆环小端环缝的装配方法，即以顶盖外圆直径为基准，配铣切圆环小端余量，装配顶盖后，通过地基连接杆将静止环与地基连接，压紧顶盖环缝边缘，确保在焊接过程中不随膜胎旋转；通过旋转连接杆连接旋转环与膜胎，确保压紧圆环小端焊接区，在焊接过程中随着膜胎旋转，保证了顶盖环缝的焊接需求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的搅拌摩擦焊接装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的搅拌摩擦焊接装置整体结构局部剖视图；

图3为本发明实施例所述的搅拌摩擦焊接装置安装顶盖压紧机构的局部剖视图。

附图标记说明：

1、静止环；2、旋转环；3、旋转连接杆；4、焊接垫板；5、外连接杆；6、轴承垫环；7、转动环；8、连接轴；9、箱底；10、顶盖本体；11、球形膜胎。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图3所示，箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，包括顶盖压紧机构、环缝焊接工装和焊接辅助工装，所述顶盖压紧机构用于压紧顶盖本体10，顶盖压紧机构底部固定连接至焊接辅助工装，焊接辅助工装安装至箱底9外表面，箱底9套设于球形膜胎11外部，环缝焊接工装底部固定至球形膜胎11顶部，环缝焊接工装顶部位于箱底9顶部圆环待焊区内，所述环缝焊接工装信号连接至控制器。所述控制器为现有的工控机。本搅拌摩擦焊接装置针对5m直径贮箱箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接过程中无法通过立柱固定相关压紧工装以及工装无法生根问题，设计出了适用于顶盖环缝无中心孔固定外压专用工装，静止环1通过地基连接杆与地基相连，保证焊接时不旋转，不与主轴干涉；旋转环2通过旋转连接杆3与球形模胎11连接，与球形膜胎11同步旋转，解决了无中心孔工装无法固定生根的问题。

所述顶盖压紧机构包括静止环1、转动环7、连接轴8和若干外连接杆5，所述静止环1，连接轴8顶部固定连接至静止环1中部，连接轴8底部转动连接至转动环7，所述转动环7固定连接至顶盖本体10顶部，静止环1外壁一圈通过若干螺栓连接至焊接辅助工装，静止环1外壁顶部周向均布若干外连接杆5，外连接杆5底部固定连接至设备基础地基表面。从而保持外连接杆5、静止环1的静止状态，在装配完顶盖本体10后，工作人员将用于吊装的顶盖本体10顶部的定位轴去掉，然后将转动环7与顶盖本体10顶部粘连在一起(转动环7与顶盖本体10顶部之间存在摩擦力，可以使转动环7随着顶盖本体10一起转动)，然后将静止环1两侧的2个外连接杆5固定在设备基础地基表面，这样在焊接时，球形膜胎11转动带动箱底9一起转动，箱底9转动带动顶盖本体10一起转动，顶盖本体10转动在摩擦力的作用下带动转动环7转动，这样转动环7既可以随着顶盖本体10一起转动，又不影响顶盖本体10与箱底9在转动状态下的焊接。

所述外连接杆5的数量不少于2个。在本实施例中，所述外连接杆5的数量为2个，2个外连接杆5对称设置于静止环1外壁顶部，从而起到压紧顶盖本体10的作用。

所述环缝焊接工装包括焊接垫板4和伺服驱动机构，所述伺服驱动机构底部固定连接至球形膜胎11顶部，伺服驱动机构顶部连接至焊接垫板4，所述伺服驱动机构信号连接至控制器，在本实施例里，所述伺服驱动机构为现有的伺服减速机加丝杠升降机结构，在具体使用时，伺服驱动机构的丝杠螺母升降带动焊接垫板4升降，焊接垫板4降下来从而便于避免影响底9顶部圆环待焊区的铣切作业，焊接垫板4升上去从而可以使焊接垫板4与圆环待焊区相接触，从而便于圆环待焊区的后续的焊接操作。在焊接完毕后，工作人员再将伺服驱动机构与焊接垫板4相分离即可得到成品的箱底9。

所述焊接辅助工装包括旋转环2、轴承垫环6和若干旋转连接杆3，所述旋转环2底部固定连接至箱底9顶部外壁，旋转环2顶部外壁周向均布若干旋转连接杆3，旋转连接杆3的底部均安装至箱底9外壁底部，旋转环2顶部内壁通过轴承转动连接至轴承垫环6底部，轴承垫环6内壁螺栓连接静止环1。在本实施例里，旋转环2、旋转连接杆3均可以与箱底9一起转动，且旋转环2在转动时，由于旋转环2与轴承垫环6之间存在转动关系，从而轴承垫环6不仅不影响旋转环2的转动，而且可以与静止环1一起保持静止状态，进而不影响顶盖本体10与箱底9在转动状态下的焊接。

箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装配方法，包括以下步骤：

S1、将箱底9安装至球形模胎11；

S2、在箱底9表面、球形模胎11顶部安装环缝焊接工装；

S3、通过伺服驱动机构下降焊接垫板4，并对箱底9的圆环待焊区进行铣切作业；铣切作业为现有技术。

S4、通过伺服驱动机构升降焊接垫板4，使焊接垫板4与箱底9的圆环待焊区相接触；

S5、装配顶盖本体10至箱底9的圆环待焊区；可以通过现有的机械机构将顶盖本体10装配至箱底9的圆环待焊区。

S6、拆卸顶盖本体10顶部定位轴，安装顶盖压紧机构；

S7、启动球形模胎11的转动机构以及启动焊接机构，对焊接机构对转动的待焊接环缝进行焊接。所述球形模胎11的转动机构以及启动焊接机构均为现有技术。

本装配方法开发出了适用于5m直径贮箱箱底无中心孔顶盖与圆环小端环缝的装配方法，即以顶盖外圆直径为基准，配铣切圆环小端余量，装配顶盖后，通过地基连接杆将静止环1与地基连接，压紧顶盖环缝边缘，确保在焊接过程中不随球形膜胎11旋转；通过旋转连接杆3连接旋转环2与球形膜胎11，确保压紧圆环小端焊接区，在焊接过程中随着球形膜胎11旋转，保证了顶盖环缝的焊接需求。

实施例1

本方案具体实现路径如下：首先将箱底9安装在球形模胎11上，使待焊区域内表面与球形模胎11贴合，在箱底9外表面安装环缝焊接工装。

将焊接垫板4下降50mm左右，避免影响铣切作业，根据顶盖本体10尺寸配铣箱底9的圆环待焊区，以顶盖本体10外圆直径为基准，配铣切圆环小端余量，使其具备顶盖装配要求。

将焊缝垫板4升起，接触箱底9的圆环待焊区，装配顶盖本体10，使顶盖本体10与圆环处于过盈装配状态。

安装顶盖压紧机构，将顶盖本体10与箱底9的圆环间待焊区压紧压实，安装前确认压紧机构旋转部分工作正常无卡滞。

安装外连接杆5，使顶盖压紧机构中的静止环1通过地基连接杆(即外连接杆5)与设备基础地基相互连接，保持静止状态，压紧顶盖本体10环缝边缘，确保在焊接过程中不随球形膜胎11旋转。

通过旋转连接杆3连接旋转环2与球形膜胎11，确保压紧圆环小端焊接区，在焊接过程中随着球形膜胎11旋转，保证了顶盖本体10环缝的焊接需求。安装完成后，球形模胎11进行试运转，确认旋转机构和静止环1工作正常。

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 (6)

1.箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：包括顶盖压紧机构、环缝焊接工装和焊接辅助工装，所述顶盖压紧机构用于压紧顶盖本体(10)，顶盖压紧机构底部固定连接至焊接辅助工装，焊接辅助工装安装至箱底(9)外表面，箱底(9)套设于球形膜胎(11)外部，环缝焊接工装底部固定至球形膜胎(11)顶部，环缝焊接工装顶部位于箱底(9)顶部圆环待焊区内，所述环缝焊接工装信号连接至控制器。

2.根据权利要求1所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述顶盖压紧机构包括静止环(1)、转动环(7)、连接轴(8)和若干外连接杆(5)，所述静止环(1)，连接轴(8)顶部固定连接至静止环(1)中部，连接轴(8)底部转动连接至转动环(7)，所述转动环(7)固定连接至顶盖本体(10)顶部，静止环(1)外壁一圈通过若干螺栓连接至焊接辅助工装，静止环(1)外壁顶部周向均布若干外连接杆(5)，外连接杆(5)底部固定连接至设备基础地基表面。

3.根据权利要求2所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述外连接杆(5)的数量不少于2个。

4.根据权利要求1所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述环缝焊接工装包括焊接垫板(4)和伺服驱动机构，所述伺服驱动机构底部固定连接至球形膜胎(11)顶部，伺服驱动机构顶部连接至焊接垫板(4)，所述伺服驱动机构信号连接至控制器。

5.根据权利要求2所述的箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置，其特征在于：所述焊接辅助工装包括旋转环(2)、轴承垫环(6)和若干旋转连接杆(3)，所述旋转环(2)底部固定连接至箱底(9)顶部外壁，旋转环(2)顶部外壁周向均布若干旋转连接杆(3)，旋转连接杆(3)的底部均安装至箱底(9)外壁底部，旋转环(2)顶部内壁通过轴承转动连接至轴承垫环(6)底部，轴承垫环(6)内壁螺栓连接静止环(1)。

6.权利要求1至5任一所述的中箱底无中心孔顶盖环缝搅拌摩擦焊接装置的装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将箱底(9)安装至球形模胎；

S2、在箱底(9)表面、球形模胎顶部安装环缝焊接工装；

S3、通过伺服驱动机构下降焊接垫板(4)，并对箱底(9)的圆环待焊区进行铣切作业；

S4、通过伺服驱动机构升降焊接垫板(4)，使焊接垫板(4)与箱底(9)的圆环待焊区相接触；

S5、装配顶盖本体(10)至箱底(9)的圆环待焊区；

S6、拆卸顶盖本体(10)顶部定位轴，安装顶盖压紧机构；

S7、启动球形模胎的转动机构以及启动焊接机构，对焊接机构对转动的待焊接环缝进行焊接。

Images