CN116475559A - 一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金筒体制造技术领域，具体涉及一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置及焊接方法，其中焊接装置包括搅拌焊组件、支撑梁、接合部支承体、X方向约束件、Y方向约束件和Z方向约束件，假设与壁板的直线侧端部平行的方向为X方向，壁板的结合部位分开的方向为Y方向，使壁板凸起的方向为Z方向；支撑梁的延伸方向与壁板的直线侧端部平行，搅拌焊组件滑动设置于支撑梁并能够沿与壁板的直线侧端部平行的方向运动，接合部支承体设置于壁板之间焊接部位的下方，X方向约束件能对壁板进行X方向的限位，Y方向约束件能对壁板进行Y方向的限位，Z方向约束件能对壁板进行Z方向的限位。将焊接时的反作用力分三部分来约束，可显著减小约束力。

Description

一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及铝合金筒体制造技术领域，具体涉及一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置及焊接方法。

背景技术

液体火箭低温推进剂铝合金贮箱是液体火箭的“油箱”，也是液体火箭结构系统中最大的部件，占液体火箭体积的80％、重量的70％。火箭贮箱是由多个横截面为圆弧状的壁板焊接而成的，以前主要是通过传统的熔焊来进行焊接，但是近年来国内外先进火箭制造企业已逐步采用搅拌摩擦焊(FSW，Friction Stir Welding)来代替熔焊。在搅拌摩擦焊中，被焊接材料如壁板中产生塑性流动，使被焊接的材料接合而不熔化，因此在焊接时会产生很大的反作用力F。如果不克服该反作用力F而约束被焊接材料，则不会产生摩擦发热或塑性流动，不能将被焊接材料彼此接合。

然而，在目前的火箭贮箱制造方法中，由于搅拌摩擦焊的焊接过程中搅拌焊工具会对焊件施加相当大的顶锻力和向前的驱动力，因此需要有足够刚性的焊接设备和焊接夹紧装置。而常用的夹紧装置需要使用多个液压缸将搅拌摩擦焊的焊接部位在一个方向压入并加以约束，这就导致支撑多个液压缸的部分的刚性极高。因此，这也导致制造设备的尺寸越来越大，并且，由于需要更多的液压缸，设备的结构也变得复杂，不仅增加了制造设备的成本，而且零件之间很容易产生问题，且不易拆装、不易修理。

发明内容

本发明针对目前搅拌摩擦焊常用的夹紧装置需要使用多个液压缸将搅拌摩擦焊的焊接部位在一个方向压入并加以约束而导致的设备尺寸过大、设备结构复杂的问题，提出了一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置及焊接方法。

第一方面，本发明首先提出了一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，包括搅拌焊组件，还包括支撑梁、接合部支承体、X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件，假设与壁板的直线侧端部平行的方向为X方向，壁板的结合部位分开的方向为Y方向，使壁板凸起的方向为Z方向，壁板具有曲线侧和直线侧；支撑梁的延伸方向与壁板的直线侧端部平行，搅拌焊组件滑动设置于支撑梁并能够沿与壁板的直线侧端部平行的方向运动，接合部支承体设置于壁板之间焊接部位的下方，X方向约束件设置于接合部支承体并能够对壁板进行X方向的限位，Y方向约束件设置于支撑梁的下端并能够对壁板进行Y方向的限位，Z方向约束件设置于搅拌焊组件的前进方向并能够对壁板进行Z方向的限位。本申请将搅拌摩擦焊时产生的反作用力分成X、Y、Z三个方向并分别采用X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件来约束，可以显著减小约束力。

优选的，X方向约束件设置于壁板的曲线侧的端部；X方向约束件包括约束块，约束块的一端固定于接合部支承体，另一端伸至壁板的端面并与壁板的曲线侧的端部固定连接。

优选的，约束块的两端均开设有至少两个通孔，壁板的曲线侧的端部开设有约束孔，固定螺栓穿过约束块一端的通孔以将约束块固定于接合部支承体，约束螺栓穿过约束块另一端的通孔并插入约束孔内以对壁板进行X方向的限位。

优选的，约束块呈L型结构，约束块的中部具有卡合面，卡合面能够与壁板的曲线侧的端部抵接并卡合。

优选的，壁板的侧面凸设有与壁板的直线侧端部平行的肋板；Y方向约束件包括支撑件以及约束杆，约束杆的一端通过支撑件铰接于支撑梁的下侧，约束杆的另一端能够转动至肋板的侧面并与肋板抵接以对壁板进行Y方向的限位。

优选的，支撑梁的下侧面与约束杆之间设置有驱动件，驱动件能够驱动约束杆向靠近壁板的方向移动以使约束杆的端部与肋板抵接。

优选的，支撑件还设置有压脚螺栓，压脚螺栓能够将从约束杆传来的力通过支撑件传递给支撑梁。

优选的，Z方向约束件包括支撑棒和按压辊，支撑棒的上端固定于搅拌焊组件，支撑棒的下端设置有可转动的按压辊，且支撑棒与按压辊位于搅拌焊组件的前进方向的前侧。

优选的，支撑梁平行间隔设置有两条，且两条支撑梁的上端均设置有导轨；搅拌焊组件包括可动支撑体、焊接本体以及焊接头，焊接头设置有焊接本体的下端，焊接本体固定于可动支撑体，可动支撑体通过导轨滑动设置于支撑梁，且焊接本体位于两条支撑梁之间。

第二方面，本发明还提出了一种采用上述火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置的焊接方法，具体包括以下步骤：

S1：将两个壁板待焊接的直线侧的端部对接并放置于壁板支承体上，并使壁板的对接部位于接合部支承体上；

S2：通过X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件分别对两个壁板进行X、Y、Z方向的约束，进行搅拌摩擦焊；

S3：焊接完成后，判断所有作为被焊接材料的壁板是否全部焊接完成；若存在未焊接的壁板，则准备并焊接新的壁板；若已将所有作为被焊接材料的壁板焊接，则完成圆筒状的部件，并将圆筒状的部件在进行X方向的约束时产生的约束孔以及端部的未焊合区域加工除去。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置在进行搅拌摩擦焊时产生的反作用力被分成三部分来约束，可以显著减小约束力。

2、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置能够使用简单的约束装置来约束被焊接材料。

3、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置可以在不提高约束机构的支承刚性的前提下也能够充分地约束被焊接材料，能够简化制造装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述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为本发明所述的壁板的简要结构示意图。

图2为本发明所述的火箭贮箱筒体的简要结构示意图。

图3为本发明所述的壁板的直线侧端部与曲线侧端部的简要结构示意图。

图4为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置的截面图。

图5为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置的侧视图。

图6为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中X方向约束件的立体结构示意图。

图7为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中X方向约束件的侧面剖视图。

图8为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中X方向约束件的俯视图。

图9为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中X方向约束件在焊接完成后被去除的简要结构示意图。

图10为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中Y方向约束件的简要结构示意图。

图11为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中Y方向约束件的侧视图。

图12为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中Y方向约束件中约束杆与肋板的接触示意图。

图13为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中Z方向约束件的简要结构示意图。

图14为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中Z方向约束件的俯视图。

图15为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中另一实施例的X方向约束件的侧面剖视图。

图16为本发明所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置中另一实施例的Y方向约束件的部分结构侧视图。

图中：1、壁板，2、筒段，10、焊接本体，12、焊接头，20、约束块，22、约束螺栓，23、固定螺栓，24、压紧杆，25、卡合杆，26、限位杆，27、固定杆，30、约束杆，32、支撑件，34、压脚螺栓，36、驱动件，37、第一伸缩杆，38、第二伸缩杆，39、安装槽，40、按压辊，42、支撑棒，100、火箭贮箱制造装置，111、导轨，112、支撑梁，116、接合部支承体，118、可动支撑体。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例一

如图1至图14所示，在本实施例中，本发明提出了一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其中，图2所示的火箭贮箱筒段2是由图1所示的壁板制成的，多块壁板1在其直线侧的端部1st焊接制成筒段2，图2中的1c是壁板1之间的接合部，壁板1之间通过搅拌摩擦焊焊接起来。如图3所示，壁板1的曲线侧端部为1ct，直线侧端部为1st，可假设与壁板1的直线侧端部1st平行的方向为X方向，壁板1的结合部位分开的方向为Y方向，使壁板1凸起的方向为Z方向。焊接装置主要包括搅拌焊组件、支撑梁112、接合部支承体116、X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件；支撑梁112的延伸方向与壁板1的直线侧端部1st平行，搅拌焊组件滑动设置于支撑梁112并能够沿与壁板1的直线侧端部1st平行的方向运动，接合部支承体116设置于壁板1之间焊接部位的下方，X方向约束件设置于接合部支承体116并能够对壁板1进行X方向的限位，Y方向约束件设置于支撑梁112的下端并能够对壁板1进行Y方向的限位，Z方向约束件设置于搅拌焊组件的前进方向并能够对壁板1进行Z方向的限位。本申请将搅拌摩擦焊时产生的反作用力分成X、Y、Z三个方向并分别采用X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件来约束，可以显著减小约束力。

如图4-图5所示，在火箭贮箱制造装置100中，壁板支承体114和接合部支承体116被安装在环形支架110上，壁板1放置于壁板支承体114上，壁板1之间的焊接部位相互接合并放置于接合部支承体116上。同时，制造装置100具备纵贯两个环形支架110之间的两条平行间隔设置的支撑梁112，支撑梁112是独立于环形支架110的单支梁结构，其上设置有导轨111。搅拌焊组件包括可动支撑体118、焊接本体10以及焊接头12，焊接头12设置有焊接本体10的下端，焊接本体10固定于可动支撑体118，可动支撑体118通过导轨111滑动设置于支撑梁112，且焊接本体10位于两条支撑梁112之间。焊接本体10可在支撑梁112上沿壁板1的直线侧端部1st的方向(参照图3)移动。

如图6-图9所示，壁板1以各自的直线侧端部1st彼此对接的状态被放置于接合部支承体116上。X方向约束件设置于壁板1的曲线侧端部1ct；X方向约束件包括约束块20，约束块20的一端固定于接合部支承体116，另一端伸至壁板1的端面并与壁板1的曲线侧端部1ct固定连接。具体的，约束块20的两端均开设有至少两个通孔，壁板1的曲线侧的端部1ct开设有约束孔1h，固定螺栓23穿过约束块20一端的通孔以将约束块20固定于接合部支承体116，约束螺栓22穿过约束块20另一端的通孔并插入约束孔1h内以对壁板1进行X方向的限位。另外，对于1个X方向约束块20上的约束螺栓22及固定螺栓23的根数并不分别限定为2个，可以根据壁板1的规格或搅拌摩擦焊的条件等适当地调整数量，本申请对此不做限制。在该X方向约束件中，能够通过约束块20与壁板1的摩擦力、约束块20和接合部支承体116的摩擦力以及壁板1与接合部支承体116的摩擦力，承受搅拌摩擦焊时产生的反作用力F的分力Fx。同时，通过约束螺栓22及固定螺栓23的抗剪切力，也能够承受上述分力Fx。另外，在搅拌摩擦焊开始时由于受到Y方向的分力Fy作用，壁板1彼此试图分开，X方向约束块20能有效地抑制这一点，确保壁板1彼此接合。且从图中能够看出，约束块20呈L型结构，约束块20的中部具有卡合面20t，卡合面20t能够与壁板1的曲线侧的端部1st抵接并卡合。通过该卡合面20t，也能够承受搅拌摩擦焊时产生的反作用力F的分力Fx。在搅拌焊组件沿着行进方向移动至接近结束的位置时，由搅拌摩擦焊结束侧的卡合面20t承受的反作用力F将达到最大。因此，在搅拌摩擦焊的结束侧由该卡合面20t支承反作用力F的分力Fx特别有效。因此，至少在限制搅拌摩擦焊的结束侧的壁板1的曲线侧端部1ct的情况下，优先使用具有卡合面20t的约束块20。由上述可知，该结构能够有效抑制由搅拌摩擦焊时产生的反作用力F的分力Fx引起的壁板1的偏移。

如图9所示为搅拌摩擦焊结束后的状态。搅拌摩擦焊结束后，若拆下X方向的约束块20，则在曲线侧的端部1ct侧会残留有约束用的约束孔1h，且在曲线侧端部1ct侧有小段没有进行焊合的区域。因此，在将所有的壁板1焊接而完成筒状的容器后，沿着切断线CL加工去除边缘部分。

在另一个实施例中，如图15所示，X方向约束件还可设置与如图15所示的结构，X方向约束件同样设置于壁板1的曲线侧端部1ct；X方向约束件包括相互垂直设置的压紧杆24和卡合杆25，壁板1的曲线侧的端部1ct同样开设有约束孔1h，压紧杆24远离卡合杆25的一端垂直于压紧杆24固定有限位杆26，且限位杆26与卡合杆25平行，限位杆26能够伸入约束孔1h内；卡合杆25的侧面能够与壁板1的曲线侧的端部1st抵接并卡合，卡合杆25远离压紧杆24的一端垂直于卡合杆25固定有固定杆27，且固定杆27朝向远离壁板1的曲线侧端部1st的方向，固定杆27能够固定于接合部支承体116，具体的，可通过螺钉等结构直接与接合部支承体116固定。

如图10-12所示，壁板1的侧面凸设有与壁板1的直线侧端部1ct平行的肋板1a；Y方向约束件包括支撑件32以及约束杆30，约束杆30的一端通过支撑件铰接于支撑梁112的下侧，约束杆30的另一端30t能够转动至肋板1a的侧面并与肋板1a抵接以对壁板1进行Y方向的限位。其中，筒体2为了增大结构强度通常都会形成肋板1a，在本发明中，利用与壁板1的直线侧的端部1st平行的肋板，即突起的部分1a，约束壁板1向Y方向的运动。这样一来，不需要追加构件就能够约束沿Y方向的移动。同时，支撑梁112的下侧面与约束杆30之间设置有驱动件36，驱动件36能够驱动约束杆30向靠近壁板1的方向移动以使约束杆30的端部30t与肋板1a抵接。在搅拌摩擦焊时，通过驱动件36将约束杆30向壁板1侧推压，支撑Y方向的分力Fy。在本实施方式中，驱动件36可直接使用压缩气囊，在搅拌摩擦焊时，通过将空气充入该气囊，将约束杆30向壁板1侧按压。除此之外，也可以使用螺线管或电动机等动力机构实现这样的功能，本申请对此不作具体限制。

如图10所示，支撑件32还设置有压脚螺栓34，压脚螺栓34能够将从约束杆30传来的力通过支撑件32传递给支撑梁112。具体的，Y方向分力Fy由从约束杆30的端部30t从壁板1的肋板1a接收，并传递到约束杆30，在支撑从约束杆30的支撑件32中，通过设置在支撑件32上的压脚螺栓34，将Y方向分力Fy传递给支撑梁112。这样，Y方向分力Fy通过约束杆30、支撑件32和压脚螺栓34由支撑梁112支撑。在搅拌摩擦焊结束后不再需要约束壁板1时，则可抽出气囊内的空气。

在另一个实施例中，如图16所示，Y方向约束件还可以设置为伸缩杆结构，包括第一伸缩杆37和第二伸缩杆38，其中，第一伸缩杆37为中空结构；支撑梁112的下侧开设有安装槽39，第一伸缩杆37的一端铰接于安装槽的上侧壁，第一伸缩杆37的另一端设置有第二伸缩杆38，第二伸缩杆38能够完全伸入第一伸缩杆37的内腔，安装槽39的长度稍大于第一伸缩杆37的长度。当需要约束壁板1向Y方向的运动时，将伸缩杆结构从安装槽39中转出，将第二伸缩杆38伸出第一伸缩杆37直至第二伸缩杆38的端部能够抵接壁板1的直线侧的端部1st平行的肋板，即突起的部分1a，将第一伸缩杆37与第二伸缩杆38固定好，即完成Y方向得到约束；当无需继续施加约束时，将第二伸缩杆38全部伸入第一伸缩杆37，然后将第一伸缩杆37收入安装槽39内即可，整个伸缩杆结构不会对其他结构产生不必要的干扰。

如图13-14所示，Z方向约束件包括支撑棒42和按压辊40，支撑棒42的上端固定于搅拌焊组件，支撑棒42的下端设置有可转动的按压辊40，且支撑棒42与按压辊40位于搅拌焊组件的前进方向的前侧。作为Z方向限制机构的按压辊40在搅拌焊组件的行进方向前方以间隔距离k配置，施加按压力L。在本实施方式中，对按压辊40施加的按压力L为10～20kN，但可根据搅拌摩擦焊的条件和壁板1的规格而变动。在施加了按压力L的状态下，按压辊40在搅拌焊组件前通过并按压壁板1的对接部分。然后，通过与搅拌焊组件一起行进的同时按压壁板1，抑制了搅拌摩擦焊时壁板1相对于Z方向的变形。此时，按压辊40的中心与搅拌焊组件的中心的距离k优选为10～20cm左右。在该机构中，壁板1相对于Z方向的运动受到限制。另外，也可以通过增大压紧辊40的压紧力L来约束Z方向的运动，同时也可约束Y方向的运动。在这种情况下，约束杆30不需要对壁板1直线侧1st进行100％按压，所以能够增加Y方向约束构件30之间的距离，简化制造装置100的结构。

实施例二

本发明还提出了一种采用上述火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置的焊接方法，具体包括以下步骤：

S1：将两个作为被焊接材料的壁板1待焊接的直线侧的端部1st对接并放置于壁板支承体114上，并使壁板1的对接部位于接合部支承体116上；

S2：通过X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件分别对两个壁板1进行X、Y、Z方向的约束，进行搅拌摩擦焊；

S3：焊接完成后，判断所有作为被焊接材料的壁板是否全部焊接完成；若存在未焊接的壁板，则准备并焊接新的壁板；若已将所有作为被焊接材料的壁板焊接，则完成圆筒状的部件，并将圆筒状的部件在进行X方向的约束时产生的约束孔以及端部的未焊合区域加工除去，由此，完成火箭贮箱筒段2的焊接，在其上安装箱底及其他附件，完成火箭贮箱的制造。

综上，由于在搅拌摩擦焊中分别支承作用在被接合材料上的X、Y、Z方向的分力，所以即使不增加约束被接合材料的结构的刚性，也能够充分地支撑这些分力。而由于能够利用现有的设备构成制造装置，所以能够降低制造装置的制造成本。另外，由于能够以较小的力可靠地约束被焊接材料，所以能够更可靠地完成焊接，提高产品的精度。且，由于不需要像现有技术那样用多个液压缸约束壁板，所以能够简化制造装置，并且也不需要液压缸的驱动能量，因此能够相应地降低与火箭贮箱的制造相关的能量消耗。

同时，在本发明的火箭贮箱的制造方法中，在用搅拌摩擦焊接合时，X、Y、Z方向中的至少1个方向由与其他2个方向不同的约束机构约束。结果，与从一个方向按压接合部分的情况相比，可以显着减小约束力。其结果是不需提高约束机构的支承刚性，也能够充分地约束被焊接材料，所以能够简化制造装置。

该火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置的工作原理为：

在搅拌摩擦焊中，被焊接材料如壁板中产生塑性流动，使被焊接的材料接合而不熔化，因此在焊接时会产生很大的反作用力F。如果不克服该反作用力F而约束被焊接材料，则不会产生摩擦发热或塑性流动，不能将被焊接材料彼此接合。首先定义X方向是指搅拌焊工具沿着接合线方向行进而产生的分力Fx的方向，X方向也可以表示为与作为由截面圆弧状的壁板形成的被焊接材料的壁板的直线侧的端部平行的方向；Y方向是搅拌焊工具要挤开被焊接材料的力，是在将被焊接材料彼此分开的方向上作用的分力Fy的方向；Z方向是由作用于上述X方向的分力Fx产生的分力Fz的方向，是使被焊接材料浮起或凸起的方向。

对搅拌摩擦焊时产生的反作用力进行分解研究后可确认，如果对应于每个分力约束被接合材料，则能够以比以往的约束方法小得多的力约束被接合材料。本发明设计从三个方向分别进行约束，与只从一个方向按压接合部分的情况相比，可以显著减小约束力，从而可以通过简单的限制装置来限制要焊接的材料。另外，由于即使不提高约束工装的支承刚性也能够充分地约束被焊接材料，所以能够简化制造装置。

针对X方向(即与搅拌焊工具行进方向平行的方向)，在被焊接壁板的曲线侧端部附近的焊合区域两侧，设置X方向约束件进行约束，并从约束机构的中间位置(而不是被焊接板材边缘)开始搅拌摩擦焊。因为在搅拌摩擦焊开始时产生的反作用力为最大值，因此在约束机构的中间位置开始施焊还能够使此约束机构对壁板初始焊合区域受到的拉开方向(Y方向)上的分力进行约束，一举两得，做到切实可靠的束缚壁板。

同理，在搅拌摩擦焊结束时，搅拌焊工具也会在壁板另一侧端部附近的约束机构之间停止，此时也可通过此约束机构约束拉开接合部分的方向上受到的分力，使之有效束缚壁板。

由于上文提到此方案焊接的开始跟结束阶段搅拌焊工具均未到达壁板的两个曲线侧的端部边缘，因此在通过搅拌摩擦焊将所有壁板焊接完成形成筒体之后，会通过机加工的方法去除筒状部件的轴向两侧端部。在利用搅拌摩擦焊焊接时，如此设计可以不考虑端部材料的夹持变形及材料疲劳而强有力的束缚端部，既能制造出可靠的接合壁板，又能制造出端部性能优良的火箭贮箱。

另外，液体火箭推进剂贮箱壁板通常是5mm厚的轻合金金属，为了保证强度，通常会在表面形成肋。在本发明中，通过约束与壁板的直线侧端部平行的肋板(突起部)来约束拉开壁板的接合部的运动。由此，能够在不附加额外部件的情况下可靠的约束焊接过程Y方向产生的分力。

另外，关于Z方向约束件，本发明通过对壁板施加压力抑制壁板的浮起，即在搅拌头行进方向前方设置一按压辊，使其在焊接过程中跟搅拌头保持同速移动，始终在焊接区域前固定距离按压壁板，防止壁板因前进力产生的翘曲。

通过上述实施方式可以看出，本发明的有益效果是：

1、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置在进行搅拌摩擦焊时产生的反作用力被分成三部分来约束，可以显著减小约束力。

2、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置能够使用简单的约束装置来约束被焊接材料。

3、本发明提出的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置可以在不提高约束机构的支承刚性的前提下也能够充分地约束被焊接材料，能够简化制造装置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，包括搅拌焊组件，其特征在于，还包括支撑梁、接合部支承体、X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件，假设与壁板的直线侧端部平行的方向为X方向，壁板的结合部位分开的方向为Y方向，使壁板凸起的方向为Z方向，壁板具有曲线侧和直线侧；支撑梁的延伸方向与壁板的直线侧端部平行，搅拌焊组件滑动设置于支撑梁并能够沿与壁板的直线侧端部平行的方向运动，接合部支承体设置于壁板之间焊接部位的下方，X方向约束件设置于接合部支承体并能够对壁板进行X方向的限位，Y方向约束件设置于支撑梁的下端并能够对壁板进行Y方向的限位，Z方向约束件设置于搅拌焊组件的前进方向并能够对壁板进行Z方向的限位。

2.根据权利要求1所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，X方向约束件设置于壁板的曲线侧的端部；X方向约束件包括约束块，约束块的一端固定于接合部支承体，另一端伸至壁板的端面并与壁板的曲线侧的端部固定连接。

3.根据权利要求2所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，约束块的两端均开设有至少两个通孔，壁板的曲线侧的端部开设有约束孔，固定螺栓穿过约束块一端的通孔以将约束块固定于接合部支承体，约束螺栓穿过约束块另一端的通孔并插入约束孔内以对壁板进行X方向的限位。

4.根据权利要求2所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，约束块呈L型结构，约束块的中部具有卡合面，卡合面能够与壁板的曲线侧的端部抵接并卡合。

5.根据权利要求1所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，壁板的侧面凸设有与壁板的直线侧端部平行的肋板；Y方向约束件包括支撑件以及约束杆，约束杆的一端通过支撑件铰接于支撑梁的下侧，约束杆的另一端能够转动至肋板的侧面并与肋板抵接以对壁板进行Y方向的限位。

6.根据权利要求5所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，支撑梁的下侧面与约束杆之间设置有驱动件，驱动件能够驱动约束杆向靠近壁板的方向移动以使约束杆的端部与肋板抵接。

7.根据权利要求5所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，支撑件还设置有压脚螺栓，压脚螺栓能够将从约束杆传来的力通过支撑件传递给支撑梁。

8.根据权利要求1所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，Z方向约束件包括支撑棒和按压辊，支撑棒的上端固定于搅拌焊组件，支撑棒的下端设置有可转动的按压辊，且支撑棒与按压辊位于搅拌焊组件的前进方向的前侧。

9.根据权利要求1所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，支撑梁平行间隔设置有两条，且两条支撑梁的上端均设置有导轨；搅拌焊组件包括可动支撑体、焊接本体以及焊接头，焊接头设置有焊接本体的下端，焊接本体固定于可动支撑体，可动支撑体通过导轨滑动设置于支撑梁，且焊接本体位于两条支撑梁之间。

10.一种火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接方法，采用权利要求1至9中任一项所述的火箭贮箱壁板搅拌摩擦焊的焊接装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将两个壁板待焊接的直线侧的端部对接并放置于壁板支承体上，并使壁板的对接部位于接合部支承体上；

S2：通过X方向约束件、Y方向约束件以及Z方向约束件分别对两个壁板进行X、Y、Z方向的约束，进行搅拌摩擦焊；

S3：焊接完成后，判断所有作为被焊接材料的壁板是否全部焊接完成；若存在未焊接的壁板，则准备并焊接新的壁板；若已将所有作为被焊接材料的壁板焊接，则完成圆筒状的部件，并将圆筒状的部件在进行X方向的约束时产生的约束孔以及端部的未焊合区域加工除去。