火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法

文档序号:10620626阅读:593来源:国知局
火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法,所述双枪自动焊接方法包括工件组配步骤;定位点焊步骤;深熔焊步骤。本发明与现有技术相比,其优点和有益效果是:支座等外部零件装配便捷,焊接过程自动化且操作简单,降低对操作工的焊接技能水平要求;焊缝成型美观,质量控制稳定,内部无气孔、未熔合、裂纹等缺陷,焊接加工一次性合格率高于95%;发动机壳体上熔深控制精度高,全焊缝长度范围内熔深偏差小于6.5%;加工效率显著提高,生产周期缩短,劳动强度减轻。
【专利说明】
火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及焊接技术,具体地说属于火箭发动机薄壁上外部零件的氮弧焊加工方 法。是关于材质为低合金超高强钢30化3SiNiMoVA (W下简写为30化3钢)的中小型火箭 发动机壳体的外部零件焊接。
[0003]
【背景技术】
[0004] 火箭发动机壳体为超高强钢薄壁长筒体形式,沿壳体外表面平行于轴线方向排布 者数列弹翼支座和电缆罩支座等外部零件,其材质通常选用中碳调质钢30CrMnSiA或者 低合金钢20CrMnTi,接头结构设计为T型或双边对称搭接形式,目前全部采用手工氮弧焊 (简称手工TIG焊)方法实现与发动机壳体焊接。火箭飞行过程中,发动机内部高压不低于 18Mpa、外部承受复杂气动载荷的特殊工作状态和使用性能要求其外部的各种支座与壳体 之间的焊接接头具有较高的质量和性能,即不低于QJ175-1993 II级,同时避免焊接热输入 量过高而加剧接头微观组织和力学性能不均匀性,导致壳体耐压性能降低;要求有效缩小 接头角焊缝靠近发动机壳体一侧的热影响区宽度,且烙深控制为烙透壳体母材15~40%。 现行技术条件下,支座焊接接头的质量和可靠性主要通过焊工的技能水平和熟练程度予W 保证,由此产生了一些不利影响;胜任该项焊接作业的技术口槛较高,焊工培养周期3~4 年;焊工对发动机壳体母材一侧烙深的控制能力因技能水平而异,因而导致焊接接头性能 不均匀程度差异,产品质量的一致性出现波动;面临支座壁厚和接头形式变化或不同型号 产品的生产任务临时调整,焊工常需要短暂的适应期;此外,手工作业难W突破生产效率低 下的局限。
[0005]

【发明内容】

[0006] 针对现有技术存在的缺点,本发明要解决的技术问题是提供一种火箭发动机壳体 外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法,W降低焊工从事生产作业的技术口槛、减轻其 劳动强度;提升发动机壳体的焊接生产效率、缩短单件生产周期;提高焊接质量和产品性 會良。
[0007] 为了达到上述的目的,本发明提供一种火箭发动机壳体外部零件组焊工作台,包 括:底座、支撑架、主轴装夹箱、轨道龙口架、尾顶装夹箱、气缸压紧机构、焊接小车、焊枪和 焊接控制器。
[0008] 所述主轴装夹箱固定设置在所述底座上,所述尾顶装夹箱与所述底座活动连接, 可在所述底座的纵向线性滑轨上移动,所述主轴装夹箱和尾顶装夹箱分别与火箭发动机壳 体的前、后封头接触配合,实现对火箭发动机壳体的装夹,移动所述尾顶装夹箱在所述底座 的纵向线性滑轨上的位置,可适应1. Om~3. Om范围内不同长度壳体的装夹需求。
[0009] 所述支撑架用于支撑火箭发动机壳体,其与所述底座活动连接,可在所述底座的 平面上移动,且所述支撑架位于所述主轴装夹箱与所述尾顶装夹箱之间。
[0010] 在所述底座上设有一所述轨道龙口架,用于支撑并安装气缸压紧机构和供焊接小 车行走的线性滑轨。
[0011] 所述气缸压紧机构固定安装于龙口架上方纵向中必线位置,用于对火箭发动机壳 体母线方向排列的外部零件进行定位与压紧。
[0012] 所述焊接小车共有两辆,分别安装于轨道龙口架的两侧,与供各自行走的线性滑 轨活动连接。
[0013] 每辆焊接小车配置一套所述焊枪和送丝机构,焊枪通过滚珠丝杠机构和回转盘连 接于小车上,使所述焊枪相对于火箭发动机壳体具有上下和前后两个平动自由度,并同时 在垂直于火箭发动机壳体主轴方向的平面内具有360°回转功能,因而能够通过调整所述 焊枪的旋转角度W及发动机壳体主轴的旋转角度实现所述焊枪与壳体外部零件之间的配 合状态优化。
[0014] 所述焊接控制器分别与所述焊接小车、焊枪和焊接电源连接,用于控制所述轨道 小车行走和施焊过程。
[0015] 本发明提供的另一技术方案是,一种火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方 法,包括W下步骤: (1) 工件组配步骤 将火箭发动机壳体装夹于上述组焊工作台上(火箭发动机壳体支撑在所述支撑架上, 使火箭发动机壳体的前封头与所述主轴装夹箱接触配合,移动所述尾顶装夹箱的位置,使 火箭发动机壳体的后封头与所述尾顶装夹箱接触配合,实现了火箭发动机壳体的装夹),旋 转所述主轴装夹箱的主轴至不同圆周位置,分别沿发动机壳体母线方向装配各列待焊零 件,装配完毕后回转所述主轴装夹箱的主轴,使其中一列待焊零件刚好处于主轴圆周方向 最高点(即所述气缸压紧机构的正下方),所述气缸压紧机构与零件装夹工装配合使用压紧 该列待焊零件; 待焊零件例如是弹翼支座或者电缆罩支座; 所述气缸压紧机构与零件装夹工装的配合使用可保证每个零件在圆周方向位置偏差 小于0. Γ,轴向位置偏差±0. 1mm,并可使径向压紧无窜动; (2) 定位点焊步骤 对每一个零件采用两支焊枪同时对零件与发动机壳体接缝处设定位置进行点焊,W固 定零件的相对位置; 所述焊接控制器通过设定位置参数来控制所述焊接小车在所述轨道上的位置W及焊 接过程工艺参数实现定位点焊工序。
[001引 (3)深烙焊步骤 通过所述焊接控制器可设定采用两支焊枪同时或者先后交错对同一零件与发动机壳 体相接触的两侧接缝进行单道深烙焊,W实现可靠的连接成型; 针对存在壁厚差异的各型号发动机产品,分别采用不同顺序施焊:发动机壳体壁厚小 于1. 5mm时,对零件采用跳序焊接加工,即焊接完一个零件后,沿母线方向焊接与该零件相 间隔的其他零件,W减小壳体的变形程度;发动机壳体壁厚大于1. 5mm,时,对零件采用沿 母线方向依次焊接加工; 所述焊接控制器通过设定位置参数来控制所述焊接小车在所述轨道上的位置W及焊 接过程工艺参数实现深烙焊工序。
[0017] 对每一个零件进行深烙焊时,焊接电流经历Η个不同重要阶段: 起弧电流上升阶段:每一个零件深烙焊起点处均采用电流快速递增设置,增速控制 50A/S ; 电流平直阶段;W发动机壳体壁厚为1. 5mm为参考值,低于该值时采用脉冲电流,高于 该参值时采用连续电流; 收弧电流下降阶段;为保证收弧区焊缝质量,该区电流递减速度控制小于15A/S。
[0018] 与现有技术相比,本发明的优点和有益效果是: 支座等外部零件装配便捷,焊接过程自动化且操作简单,降低对操作工的焊接技能水 平要求;焊缝成型美观,质量控制稳定,内部无气孔、未烙合、裂纹等缺陷,一次性合格率高 于95% ;发动机壳体上烙深控制精度高,全焊缝长度范围内烙深偏差小于6.5% ;加工效率 显著提高,生产周期缩短,劳动强度减轻。
[0019]
【附图说明】
[0020] 本发明的火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自动焊接方法由W下的实 施例及附图给出。
[0021] 图1是火箭发动机壳体的结构示意图。
[0022] 图2是火箭发动机壳体组焊工作台的示意图。
[0023] 图3是弹翼支座与火箭发动机壳体的连接示意图。
[0024] 图4是电缆罩支座与火箭发动机壳体的连接示意图。
[0025] 图5是弹翼支座的双枪自动焊接方式的示意图。
【具体实施方式】
[0026] W下将结合图1~图5对本发明的火箭发动机壳体外部零件组焊工作台及双枪自 动焊接方法作进一步的详细描述。
[0027] 如图1所示,本实施例中,火箭发动机壳体9的壁厚为2. 35 + 0. 05mm,长度为 2500mm,外圆直径为340mm,待焊零件包括弹翼支座10和电缆罩支座11,所述弹翼支座 10和电缆罩支座11的接头结构均设计为双边对称搭接形式,母材焊前状态为空气炉中 650°C X90min退火处理,冷至室温待焊。
[0028] 为实现火箭发动机壳体外部零件的双枪自动焊接,需借助如图2所示的组焊工作 台,所述组焊工作台包括底座1,与所述底座1活动连接的两个支撑架2和尾顶装夹箱5,与 所述底座1固定连接的主轴装夹箱3,设置于所述底座1上的轨道龙口架4,与所述轨道龙 口架4活动连接的两辆焊接小车7和气缸压紧机构6,所述两辆焊接小车7上各设有一套 TIG焊枪8,W及分别与所述焊接小车7和TIG焊枪8连接的焊接控制器。
[0029] 所述两个支撑架2用于支撑火箭发动机壳体,所述主轴装夹箱3和尾顶装夹箱5 用于装夹火箭发动机壳体,所述气缸压紧机构6用于将外部零件压紧在火箭发动机壳体 上,所述焊接控制器可控制两辆焊接小车7在轨道上的位置和焊接过程工艺参数,实现焊 接。
[0030] 本实施例中,所述两套TIG焊枪8均配置Mi Her XMT304焊机,所述焊接控制器采 用Jetline 9500型焊接控制器。
[0031] 如图3所示,当所述弹翼支座10压紧在火箭发动机壳体上时,所述弹翼支座10与 发动机壳体9相接触,在所述弹翼支座10的两侧各形成一接缝12。
[0032] 如图4所示,当所述电缆罩支座11压紧在火箭发动机壳体上时,所述电缆罩支座 11与发动机壳体9相接触,在所述电缆罩支座11的两侧各形成一接缝13。
[0033] 实际生产流程包含焊前准备、焊接、焊后无损检测、缺陷补焊等工序,具体如下: 一、 焊前准备 1、 焊接车间温湿度调节要求;1(TC~3(TC,相对湿度《70% ; 2、 除油;用航空洗涂汽油清洗待焊支座,去除粘附的油污; 3、 打磨;对待焊区域清理,用粒度80目的氧化铅砂布打磨近缝区约20mm范围,去除氧 化层、镑蚀; 4、 清洁对上述打磨区域用白色棉纱布廳纯度为99. 5%的丙丽清祗糾島纱布上无污为准; 5、 装配;将发动机壳体装夹于组焊工作台上,依次装配各条母线上的支座,确保符合支 座在轴向和圆周方向位置公差要求后,紧固支座; 二、 焊接 如图5所示,采用双枪同步方式自动焊接两类支座的焊缝,整个焊接分为两个不同工 艺道次,即定位点焊和深烙焊,采用Jetline 9500型焊接控制器对每条接缝设定焊接起始 和终结位置和工艺参数,启动焊接,施焊间歇控制约65s ; 定位点焊,对支座两侧接缝分别进行2点定位,定位点距离支座端部约10mm ; 深烙焊,采用连续电流下双枪同时施焊,确保焊缝成型,支座与发动机壳体间形成可 靠连接,控制焊脚尺寸不低于2. 3mm,焊趾平滑过度; 各道次焊接工艺规范参数如表1所示:
表1 H、焊后无损检测 根据标准QJ175-1993对各条角焊缝进行检测,标示超标气孔、裂纹、未烙合、咬边等缺 陷类型与位置; 四、缺陷补焊 对具体缺陷进行手工TIG补焊,消除缺陷或降低缺陷严重等级,确保每一条焊缝均达 到质量标准要求,全部焊缝检测达标后交付。
[0034] 与现有焊接加工方式技术指标对比,参见表2 :

表2 本发明的有益效果包括:支座等外部零件装配便捷,焊接过程自动化且操作简单,降低 对操作工的焊接技能水平要求;焊缝成型美观,质量控制稳定,内部无气孔、未烙合、裂纹等 缺陷,一次性合格率高于95% ;发动机壳体上烙深控制精度高,全焊缝长度范围内烙深偏差 小于6. 5% ;加工效率显著提高,生产周期缩短,劳动强度减轻。
【主权项】
1. 一种火箭发动机壳体外部零件组焊工作台,其特征在于,包括:底座、支撑架、主轴 装夹箱、轨道龙门架、尾顶装夹箱、气缸压紧机构、焊接小车、焊枪和焊接控制器; 所述主轴装夹箱固定设置在所述底座上,所述尾顶装夹箱与所述底座活动连接,所述 主轴装夹箱和尾顶装夹箱分别与火箭发动机壳体的前、后封头接触配合,以装夹火箭发动 机壳体; 所述支撑架用于支撑火箭发动机壳体,其与所述底座活动连接,且所述支撑架位于所 述主轴装夹箱与所述尾顶装夹箱之间; 在所述底座上设有一所述轨道龙门架,用于支撑并安装气缸压紧机构和供焊接小车行 走的线性滑轨; 所述气缸压紧机构固定安装于龙门架上方纵向中心线位置,用于对火箭发动机壳体母 线方向排列的外部零件进行定位与压紧; 所述焊接小车共有两辆,分别安装于轨道龙门架的两侧,与供各自行走的线性滑轨活 动连接; 每辆焊接小车配置一套所述焊枪和送丝机构,焊枪通过滚珠丝杠机构和回转盘连接于 小车上; 所述焊接控制器分别与所述焊接小车、焊枪和焊接电源连接,用于控制所述焊接小车 行走和施焊过程。2. 如权利要求1所述的火箭发动机壳体外部零件组焊工作台,其特征在于, 移动所述尾顶装夹箱在所述底座上的位置,装夹1. 〇m~3. Om范围内不同长度的发动 机壳体。3. 如权利要求1所述的火箭发动机壳体外部零件组焊工作台,其特征在于,所述焊枪 相对于火箭发动机壳体具有上下和前后两个平动自由度,并同时在垂直于火箭发动机壳体 主轴方向的平面内具有360°回转功能。4. 一种火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方法,使用如权利要求1所述的组焊工 作台,其特征在于,包括以下步骤: 工件组配步骤 将火箭发动机壳体装夹于上述组焊工作台上,旋转所述主轴装夹箱的主轴至不同圆周 位置,分别沿发动机壳体母线方向装配各列待焊零件,装配完毕后回转所述主轴装夹箱的 主轴,使其中一列待焊零件刚好处于主轴圆周方向最高点,所述气缸压紧机构与零件装夹 工装配合使用压紧该列待焊零件; (2) 定位点焊步骤 对每一个零件采用两支焊枪同时对零件与发动机壳体接缝处设定位置进行点焊,以固 定零件的相对位置; (3) 深熔焊步骤 通过所述焊接控制器可设定采用两支焊枪同时或者先后交错对同一零件与发动机壳 体相接触的两侧接缝进行单道深熔焊,以实现可靠的连接成型。5. 如权利要求4所述的火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方法,其特征在于,在 所述定位点焊步骤中,对零件两侧的接缝分别进行2点定位,定位点距离零件端部约10mm。6. 如权利要求4所述的火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方法,其特征在于,在 所述深熔焊步骤中,当发动机壳体壁厚小于1. 5mm时,对零件采用跳序焊接加工;当发动机 壳体壁厚大于1. 5mm,时,对零件采用沿母线方向依次焊接加工。7. 如权利要求4所述的火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方法,其特征在于,在 所述深熔焊步骤中,对每一个零件进行深熔焊时,所述焊接控制器控制的焊接电流经历三 个不同重要阶段: 起弧电流上升阶段:每一个零件深熔焊起点处均采用电流快速递增设置; 电流平直阶段:以发动机壳体壁厚为1. 5mm为参考值,低于该值时采用脉冲电流,高于 该参值时采用连续电流; 收弧电流下降阶段:为保证收弧区焊缝质量,该区电流递减速度控制小于15A/s。8. 如权利要求7所述的火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接方法,其特征在于,在 起弧电流上升阶段,电流增速控制为50A/s。9. 如权利要求4~8中任一项权利要求所述的火箭发动机壳体外部零件双枪自动焊接 方法,其特征在于,待焊零件是弹翼支座或者电缆罩支座。
【文档编号】B23K37/04GK105983762SQ201510057957
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月5日
【发明人】王勇
【申请人】上海新力动力设备研究所
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