一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置的制作方法

本发明涉及一种航天产品加工工艺装备领域，特别是一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置。

背景技术：

推进剂贮箱是运载火箭的燃料贮箱，其直径大，材料薄，结构刚性弱。贮箱一般由前、后短壳，前、后底，中间壳段等结构件组合焊接而成。前、后底通常包含有法兰盘的过渡接头焊接结构，产品结构材料为铝合金。

产品焊接采用搅拌摩擦焊等先进焊接方式，均要求产品轴线水平放置，且使产品沿轴线转动。

该过渡接头的焊接难点在于，焊接区薄，焊接区厚度5mm；焊缝为环形焊缝，要求两被焊接工件装配后具有较高的同轴度；刚性差，自身抵抗变形能力差，装配质量要求高；上述情况使得法兰盘过渡接头环缝的焊接难度大大增加，需要采取相关的措施予以解决。

多年来，我国在贮箱箱底法兰盘焊接中多采用熔焊方法，由于箱底的结构材料属于高强铝合金，采用熔焊方法会带来许多不利影响，如接头强度系数较低，必须在设计上进行大厚度补偿，无形中就降低了贮箱的荷重比；熔焊的缺陷和较大的残余应力与变形往往给贮箱的质量和可靠性造成隐患等。

国内目前尚没有一种可用箱底法兰盘过渡接头环缝采用搅拌摩擦焊接时起内撑定位压紧作用的工艺装备，因此急需开发一种用于保证贮箱箱底法兰盘过渡接头环缝装配间隙能够满足搅拌摩擦焊接要求的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，该装置具有能够同时内部撑紧两被焊接工件且撑紧的同时也将同轴度调节完毕，能够将被焊接工件沿轴向方向进行夹紧的作用，其结构要有足够的刚性来支撑和减小产品焊接时的变形。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，包括动力机构、周向整体旋转机构、径向撑紧机构和轴向压紧机构；其中，动力机构的一端沿轴固定安装在外部向行星减速器的输入端，在动力机构的另一端同轴固定安装周向整体旋转机构；径向撑紧机构同轴固定安装在周向整体旋转机构的一端；轴向压紧机构同轴固定安装在径向撑紧机构的一端；外部工件沿轴向固定在径向撑紧机构中；动力机构带动周向整体旋转机构实现工件沿自身轴线方向的旋转运动。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述动力机构包括空心主轴，周向整体旋转机构固定安装在空心主轴的外壁。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述径向撑紧机构包括小轴、第一手柄、丝杆轴、楔盘、连接盘、导向盘、滚针轴承、大压盘组件、第二手柄和压环；其中，小轴固定安装在空心主轴的外壁；第一手柄沿周向固定安装在小轴的外壁；丝杆轴沿轴向同轴安装在空心主轴的一端；连接盘固定安装在空心主轴的外壁；导向盘固定安装在空心主轴的外壁，且与连接盘固定连接；楔盘固定安装在导向盘和连接盘之间；滚针轴承与楔盘固定连接；压环沿轴向固定安装在导向盘一端的侧壁；大压盘组件与压环固定连接；第二手柄同轴固定安装在丝杆轴的外壁上。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述连接盘、楔盘和导向盘分别同轴固定安装在空心主轴外壁上，且楔盘的一个端面与连接盘固定连接，楔盘的另一个端面与导向盘固定连接；外部工件套装在楔盘的径向外壁，且位于连接盘和导向盘之间。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述楔盘为圆盘形状，且沿径向设置有8个倾斜的连接通道。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述滚针轴承与楔盘的倾斜连接通道固定连接，滚针轴承可沿楔盘的倾斜连接通道沿空心主轴的径向方向移动。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，所述大压盘组件一端与第二手柄固定连接在丝杆轴的外壁上。

在上述的一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，通过旋转第二手柄带动大压盘组件沿丝杆轴的轴向移动，大压盘组件通过压环推动导向盘沿空心主轴轴线方向移动，通过滚针轴承与楔盘的倾斜连接通道的配合，实现对外部工件径向的顶紧固定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明用于对航天产品贮箱箱底法兰盘过渡接头环缝的内撑式定位压紧，适用于焊接装配精度要求较高，实现近无间隙装配的搅拌摩擦焊焊接；

(2)本发明采用分体式焊接垫板结构，能够实现焊接过程稳定，拆装方便，焊后变形小，还有助于防止搅拌针扎穿被焊接工件；

(3)本发明结构采用串联形式，适应性强，操作简便、精度高、质量可靠。易可引用到管道环缝的焊接，可以实现产品定位装夹和焊接一次完成；

(4)本发明结构设计灵活，将轴向的螺旋运动转换为轴向的移动和径向的撑紧，提升产品制造的工艺方法，降低操作者劳动强度，大幅提高劳动生产率和安全生产水平；

(5)运用本发明焊接出来的产品与传统的熔焊相比力学性能更优、变形小、缺陷少、绿色无污染等优点。该装置的成功运用对于提高航天产品的焊接质量，降低工人工作环境污染具有重要的工程化应用意义。

附图说明

图1为本发明贮箱法兰盘过渡接头环缝搅拌摩擦焊接定位装置功能简图；

图2为本发明径向撑紧装置结构简图；

图3为本发明楔盘结构简图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本装置是为了保证运载火箭贮箱箱底法兰盘过渡接头环缝采用搅拌摩擦焊接时能实现装配间隙及错缝量均小于0.2mm的近无间隙装配。

如图1所示为贮箱法兰盘过渡接头环缝搅拌摩擦焊接定位装置功能简图，由图可知，一种用于运载火箭贮箱法兰盘环缝焊接的内撑定位装置，包括动力机构1、周向整体旋转机构2、径向撑紧机构3和轴向压紧机构4；其中，动力机构1的一端沿轴固定安装在外部向行星减速器的输入端，在动力机构1的另一端同轴固定安装周向整体旋转机构2；径向撑紧机构3同轴固定安装在周向整体旋转机构2的一端；轴向压紧机构4同轴固定安装在径向撑紧机构3的一端；外部工件沿轴向固定在径向撑紧机构3中；动力机构1带动周向整体旋转机构2实现工件沿自身轴线方向的旋转运动。

动力机构1包括空心主轴9，周向整体旋转机构2固定安装在空心主轴9的外壁。

如图2所示为径向撑紧装置结构简图，由图可知，径向撑紧机构3包括小轴5、第一手柄6、丝杆轴7、楔盘8、连接盘10、导向盘11、滚针轴承12、大压盘组件13、第二手柄14和压环15；其中，小轴5固定安装在空心主轴9的外壁；第一手柄6沿周向固定安装在小轴5的外壁；丝杆轴7沿轴向同轴安装在空心主轴9的一端；连接盘10固定安装在空心主轴9的外壁；导向盘11固定安装在空心主轴9的外壁，且与连接盘10固定连接；楔盘8固定安装在导向盘11和连接盘10之间；滚针轴承12与楔盘8固定连接；压环15沿轴向固定安装在导向盘11一端的侧壁；大压盘组件13与压环15固定连接；第二手柄14同轴固定安装在丝杆轴7的外壁上。

所述连接盘10、楔盘8和导向盘11分别同轴固定安装在空心主轴9外壁上，且楔盘8的一个端面与连接盘10固定连接，楔盘8的另一个端面与导向盘11固定连接；外部工件套装在楔盘8的径向外壁，且位于连接盘10和导向盘11之间。

大压盘组件13一端与第二手柄14固定连接在丝杆轴7的外壁上。

如图3所示为楔盘结构简图，由图可知，楔盘8为圆盘形状，且沿径向设置有8个倾斜的连接通道。

滚针轴承12与楔盘8的倾斜连接通道固定连接，滚针轴承12可沿楔盘8的倾斜连接通道沿空心主轴9的径向方向移动。

定位过程

通过旋转第二手柄14带动大压盘组件13沿丝杆轴7的轴向移动，大压盘组件13通过压环15推动导向盘11沿空心主轴9轴线方向移动，导向盘11带动滚针轴承12进行轴向移动；通过滚针轴承12与楔盘8的倾斜连接通道的配合，实现对外部工件径向的顶紧固定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。