一种运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接方法与流程

本发明涉及搅拌摩擦焊机床的焊接撑紧技术，具体涉及一种运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接方法。本装置适用于搅拌摩擦焊焊接机床。

背景技术：

我国运载火箭贮箱箱底传统的焊接制造工艺是采用TIG焊接方法，由于贮箱箱底材料通常选用密度小、比强度高的铝合金材料，使得产品焊接后存在着大量气孔、裂纹或类似裂纹等缺陷。为了提高运载火箭产品市场竞争力，要求火箭制造厂不断提高火箭的质量和性能、降低生产制造成本，迫切需求采用新型连接技术。

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术，焊缝成形性好，无传统焊接过程中产生的裂纹及气孔等缺陷，使搅拌摩擦焊技术成为自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法，它的出现使用权铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。在航天器低温容器焊接、大型轻合金结构件焊接、航空器蒙皮焊接、铝挤压件的焊接、船体和加强件的焊接、高速列车铝制焊接等方面，搅拌摩擦焊已显现较大的技术优势。

到目前为止，搅拌摩擦焊已被证明除可实现铝合金材料、铝基复合材料的焊接外，其他具有高温流动塑性的轻金属合金及非金属材料亦适合应用搅拌摩擦焊技术。随着搅拌摩擦焊技术的发展，人们对搅拌摩擦焊技术的研究越来越多，研究的领域也越来越广。由于搅拌摩擦焊具有无飞溅、无烟尘，且不需要添加焊丝和保护气等优良特点，是一种高效、节能、环保的新技术。因此，将该技术应用于火箭生产制造是未来的发展趋势。为了适应搅拌摩擦焊接技术在火箭上的应用，针对运载火箭贮箱这类半封闭式结构搅拌摩擦焊问题，提出一种火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接方法，并开发设计一种运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置解决这一难题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是搅拌摩擦焊灾焊接环缝时难以进行内部撑紧；为解决所述问题，本发明提供一种运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接方法。

一种运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接方法，

步骤一、安装在贮箱内安装撑紧装置，并处于收缩状态；

步骤二、在贮箱外部进行外圆定位；

步骤三、撑紧装置伸展，进行贮箱内部定位；

步骤四、环缝焊接。

进一步，安装所述撑紧装置包括：在安装板表面沿径向安装可伸缩式撑紧机构单元，所述可伸缩式撑紧机构单元一端固定于安装板中心，另一端连接于撑紧板，所述可伸缩式撑紧机构单元由内部气动马达驱动；所述撑紧板远离可伸缩式撑紧机构单元的表面与贮箱内表面相匹配。

进一步，所述步骤二包括：将半封闭式球底筒段与两端开式筒段分别通过搅拌摩擦焊机床的外夹具进行调整与固定，保证两筒段焊接边沿贴合度符合搅拌摩擦焊焊接要求，并以此外夹具作为圆面定位。

进一步，安装可伸缩式撑紧机构单元包括：安装可以独立工作的第一主撑紧机构伸展和第二主撑紧机构；第一主撑紧机构伸展与第一撑紧板连接，第二主撑紧机构伸展与第二撑紧板连接；第一撑紧板与第二撑紧板通过锲形滑块贴合组成撑紧板；所述步骤三包括：第一气动马达驱动第一主撑紧机构伸展到位，第二气动马达驱动第二主撑紧机构伸展到位。

进一步，所述步骤三还包括：在锲形滑块与位于安装板中心的中心回转轴之间安装辅助支撑机构，通过调节螺母调节辅助支撑机构的伸缩度。

进一步，所述步骤四包括：在机床搅拌焊接装置作用下，由电机同步驱动外夹具使撑紧装置转动，实现对火箭贮箱环缝对接焊接；至此，完成此半封闭式球底筒段与两端开式筒段对接环缝焊接。

本发明与现有技术相比的优点包括：

1.与传统的贮箱环缝对接焊接相比，搅拌摩擦焊焊接有助于提高环缝对接焊接强度，实现固相焊接接头各处一致性；

2.采用气动马达+蜗轮蜗杆减速机为传动方式实现该焊接撑紧装置的机构运动，具有自锁功能，提高撑紧装置全刚性支撑的可靠性；

3.火箭贮箱由于加工产生的误差具有自适应消隙功能；

4.采用辅助撑紧装置强化支撑机构的刚度与强度；

5.各组件具有体积小、重量轻的特点，便于人工拆装。

附图说明

图1为本发明实施例提供的运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置的总体结构图；

图2为本发明实施例提供的运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置的可伸缩式撑紧机构单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置的消隙结构示意图。

图4（a）为贮箱尺寸为理论尺寸时，调隙机构在调隙前状态示意图；图4（b）为贮箱尺寸为理论尺寸时，调隙机构在调隙后状态示意；图4（c）为贮箱理论尺寸示意图。

图5（b）为贮箱尺寸为理论尺寸时，调隙机构在调隙后状态示意；图5（c）为贮箱尺寸正偏差的示意图。

图6（b）为贮箱尺寸为理论尺寸时，调隙机构在调隙后状态示意；图6（c）为贮箱负偏差示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，我国运载火箭贮箱箱底传统的焊接制造工艺是TIG焊接，但是这种焊接工艺的质量差，搅拌摩擦焊接可以提高焊接质量，但是搅拌摩擦焊灾进行环缝焊接时需要解决内部支撑的问题。

发明人针对上述问题进行研究，在本发明中提供运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置。下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。

结合参考图1和图2，本发明实施例提供的运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置，包括：安装板、可伸缩式撑紧机构单元、撑紧板；所述可伸缩式撑紧机构单元沿所述安装板安装，一端固定于安装板中心，另一端连接于撑紧板。在图1中，示意性地以饱含可伸缩式撑紧机构单元为例，对本发明进行解释，在其他实施例中，可伸缩式撑紧机构单元的数量可以进行适应性选择。

如图2所示，所述撑紧板包括第一撑紧板6、第二撑紧板7、位于第一撑紧板6和第二撑紧板7之间的调隙结构。如图3所示，所述调隙结构包括贴合于第一撑紧板6和第二撑紧板7端面之间的锲形块12；固定第一撑紧板6、第二撑紧板7、锲形块的挡板13；调节螺钉10和蝶形弹簧11。

图4（a）~6（c）所示为调隙结构的工作原理图。图4（c）为贮箱尺寸为理论尺寸时的示意图，如图4（a）所示，在撑紧装置未撑紧时，在调节螺钉和蝶形弹簧作用下，楔形滑块紧贴挡板；当贮箱内径尺寸处于理论尺寸d时，如图4（b）所示，在撑紧装置作用下调节楔形滑块由挡板位置向外Ⅰ状态，调节楔形滑块外边界离对称线偏距为s；图5（c）所示为贮箱尺寸处于正偏差状态（d+2Δ），如图5（b）所示调节楔形滑块与撑紧板的位置关系为Ⅱ状态，其外边界离对称线偏距为s+δ；同理，如图6（c）所示当贮箱尺寸处于负偏差状态（d-2Δ’）时，调节楔形滑块与撑紧板的位置关系为Ⅲ状态，其外边界离对称线偏距为s+δ’， 图6（b）所示。

如图2所示，所述可伸缩式撑紧机构单元包括：中心回转轴1、分别通过固定基座2与中心回转轴1连接的第一主撑紧机构5和第二主撑紧机构9；所述第一主撑紧机构5的另一端与第一撑紧板连接，所述第二主撑紧机构9的另一端与第二撑紧板连接，所述第一撑紧板和第二撑紧板弧度相同。所述第一主撑紧机构5和第二主撑紧机构9结构相同；所述第一主撑紧机构包括：第一蜗轮蜗杆减速机3、第一气动马达4，第一气动马达4驱动第一蜗轮蜗杆减速机3伸缩。

继续参考图2，所述可伸缩式撑紧机构单元还包括：辅助支撑机构8，所述辅助支撑机构8的一端与中心回转轴2连接，另外一端与连接第一撑紧板和第二撑紧板之间的锲形块连接；所述辅助支撑机构与挡板之间通过调节螺钉连接，蝶形弹簧位于辅助支撑机构和锲形块之间。蝶形弹簧可以有效提高整个支撑机构外圆面对待焊接筒段撑紧力度的控制，以适应待焊接筒段自身生产制造过程产生的误差。

下文中，以封闭式球底筒段与两端开式筒段焊接为例对此，对本发明所提供的运载火箭贮箱环缝搅拌摩擦焊焊接撑紧装置的焊接方法进行阐述，包括：

步骤1：撑紧机构单元收缩工序

以中心回转轴为中心依次辐射状向外安装可伸缩式撑紧机构单元，数量按需确定，并由气源驱动气动马达使所述可伸缩式撑紧机构单元处于收缩状态。通过机床头座将处于收缩状态的撑紧装置送入对接焊缝位置。

步骤2：外圆定位工序

将半封闭式球底筒段与两端开式筒段分别通过搅拌摩擦焊机床的外夹具进行调整与固定，保证两筒段焊接边沿贴合度符合搅拌摩擦焊焊接要求，并以此外夹具作为圆面定位。

步骤3：主撑紧机构伸展工序

通过机床头座将处于收缩状态的撑紧装置送入对接焊缝位置，由气源驱动第一主撑紧机构的气动马达驱动第一主撑紧机构伸展，推动第一撑紧板沿径向向外运动，撑紧两贮箱筒段内壁；再由气源驱动第二主撑紧机构的气动马达驱动第二主撑紧机构伸展，推动第二撑紧板沿径向向外运动，撑紧两贮箱筒段内壁其余弧段，消隙结构可对火箭贮箱由于加工产生的误差进行消隙。第一主撑紧机构和第二主撑紧机构伸缩到位后，由自锁装置自锁定位。

步骤4：辅助撑紧机构伸展工序

在中心回转轴上安装辅助撑紧机构，调节辅助撑紧机构上调节螺母，控制辅助撑紧机构伸缩长度，弥补第一撑紧板和第二撑紧板贴合面结构刚度与强度的不足。

步骤5：环缝焊接工序

完成贮箱固定工作后，在机床搅拌焊接装置作用下，同时由电机同步驱动外夹具使此撑紧装置转动，实现对火箭贮箱环缝对接焊接；至此，完成此半封闭式球底筒段与两端开式筒段对接环缝焊接。

步骤6：拆卸工序。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。