一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法与流程

本发明属于航天运载火箭生产领域，尤其是涉及一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法。

背景技术

近年来，航天事业飞速发展，中国航天事业迎来了新阶段，为赶超欧美发达国家在空间站和载人航天发展的脚步，国内大力发展新型运载火箭，针对载人登月及空间站建设的宇航任务要求，立项研制了某型号运载火箭。该型号火箭采用大直径深腔薄壁结构燃料贮箱，如说明书附图1所示，贮箱箱体结构由前底组合件焊接端、n个筒段及后底组合件顺次焊接连接而成，该贮箱直径5米，单个贮箱长度可达20余米，箱体壁厚6-12mm，具有高径厚比、弱刚性、容易发生弹性变形等特点。

现役同类主流产品直径较小，基本采用直径3.35m/2.25m的结构，径厚比小，本身刚性相对较大，不易发生弹性变形，装配难度小；针对卷板而成的筒段部件，由于径厚比小，刚性强，前期筒段卷板时给固定的周长尺寸，装配时无需过多考虑弹性变形影响；对装配质量的要求不太苛刻，装配尺寸产生超标间隙及错缝时通过手工焊接工艺克服。

现有基于固定周长尺寸的装配方法存在以下缺点：

1、现有装配方法对大径厚比、薄壁贮箱形位尺寸控制能力弱；比较适用于径厚比小、刚性强、尺寸相对较小箱体装配；对于长度尺寸达20余米，直径达5米的高径厚比、弱刚性、超长贮箱，连续装配焊接过程中如果出现周长、圆度等形位误差累积，工艺可调控性弱，极易造成箱体成箱后整体形位尺寸控制超差，这对于生产要求严格的贮箱来说是不允许的。

2、现有装配方法的装配精度限制了自动焊工艺实施，在某些方面牺牲了焊接效率，增加了工人焊接劳动强度。由于采用固定周长的装配方法，装配时不同筒段间周长、圆度出现偏差，出现较大装配错缝后，将无法实施自动焊接工艺，只能通过工人手工焊接的方法克服，严重影响焊接效率和焊缝质量均匀性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法，以实现对大型薄壁贮箱箱体快速高精度装配连接。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法，包括以下步骤：

(1)、根据贮箱前底组合件焊接端或后底组合件焊接端周长l0，确定构成该贮箱的第1、第2……第n各个筒段初始周长ln，满足：l0-ln﹤3-10mm；

(2)、将第1筒段和贮箱前底组合件焊接连接：

将第1筒段内端即用于和贮箱前底组合件焊接的一端通过内撑工装扩张，第1筒段内端圆周方向弹性变形，直至其周长增大至l0，调整第1筒段内端圆度，然后将第1筒段内端和贮箱前底组合件焊接端对接焊接；

(3)、将第n筒段和第n-1筒段焊接：

通过内撑工装张紧第1筒段外端即和第2筒段相连接端，同样应用内撑工装张紧第2筒段内端即和第1筒段相连接端，保证第1筒段外端张紧后周长l1′和第2筒段内端张紧后周长l2′相等，同时调整第1筒段外端和第2筒段内端圆度在设定范围内，将第1筒段和第2筒段对应焊接；

以此类推，将第n筒段和第n-1筒段装配焊接；

(4)、将贮箱后底组合件和第n筒段焊接：

通过内撑工装扩张第n筒段外端即和贮箱后底组合件相连接端，第n筒段外端圆周方向弹性变形，直至其周长增大至l0，调整第n筒段外端圆度，然后将贮箱后底组合件和第n筒段对接焊接。

优选的，第n-1筒段及第n筒段间对接焊接时，在内支撑工装作用下，第n-1筒段张紧后周长ln-1′及第n筒段张紧后周长ln′满足：ln-1′＝ln′，且ln-1′＞ln-1，ln′＞ln。

优选的，第n-1筒段及第n筒段间对接焊接时，在内支撑工装作用下，第n-1筒段张紧后周长ln-1′及第n筒段张紧后周长ln′满足：ln-1′＝ln′＝l0。

优选的，所述贮箱箱体由2219铝合金材料制成。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法具有以下优势：

(1)本方法利用壁贮箱筒段弱刚性、易变形特点，制定弹性周长装配方法，筒段生产时，预设弹性周长量，将筒段周长控制在一可弹性调整范围内；焊接时通过刚性内撑，通过调整弹性变形量，实现筒段装配周长的动态调整控制，最终焊前达到理想的高精度对接装配状态，能够充分满足自动焊接工艺实施的苛刻装配要求。

(2)本方法基于该弹性周长控制的精准装配方法，同时可以对焊接过程产生的形位尺寸偏差进行调整消除，避免装配焊接过程产生大的误差累积，针对大直径、多部段、超长贮箱该优点愈加明显。

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为贮箱结构示意图；

图2为本实施例所述的基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法流程图；

图3为本实施例所述的基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配时用箱体焊接装备示意图。

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2所示，一种基于弹性周长的大型薄壁贮箱箱体装配方法，本实施例以2219铝合金材料制成的贮箱箱体为例说明，该装配包括以下步骤：

(1)、由于贮箱前底组合件焊接端或后底组合件焊接端周长均为l0，贮箱前底组合件及后底组合件均为整体锻件，其强度很高，不易变形，因此，将其周长l0作为基准，根据该贮箱前底组合件焊接端或后底组合件焊接端的周长l0，确定构成该贮箱的第1、第2……第n各个筒段初始周长ln，满足：

δn＝l0-ln﹤3-10mm；

δn：第n筒段弹性周长量；

(2)、将第1筒段和贮箱前底组合件焊接连接：

将第1筒段用于和贮箱前底组合件焊接的一端定为内端，应用内撑工装扩张第1筒段内端，由于贮箱整体为2219铝合金材料制成，给贮箱前底组合件及后底组合件分别为整体锻件，构成该贮箱的各个筒段由2119板材焊接而成，因此筒段具有一定的弹性，因此各个筒段在外力作用下产生弹性变形，对于第1筒段而言，内支撑工装使得其内端圆周方向弹性变形，直至其周长由初始周长l1增大至l0，调整第1筒段内端圆度，然后将第1筒段内端和贮箱前底组合件焊接端对接焊接；本实施例中，将贮箱前底组合件套装在如图3所示的床头回转机构上，通过床头回转机构带动前底组合件转动，将第1筒段套装在图3所示床尾回转机构上，保证床尾回转机构带动第2筒段同步转动，通过该床尾回转机构的内支撑装置张紧第1筒段内端，利用第1筒段自身弹性变形，使得第1筒段外端周长增大至l0，然后将床尾回转机构沿床身向床头回转机构方向移动，直至箱底组合件和第1筒段的焊缝装配对合，外压紧机构从前底组合件和第1筒段外侧对待焊接接头端进行机械压紧，此时，贮箱前底组合件和第1筒段同步转动，然后应用焊接设备对第1筒段和前底组合件焊接连接即可，焊接完成后，床尾回转机构的内支撑装置回位，床尾回转机构回移至初始位置，完成该第1筒段和贮箱前底组合件焊接作业；

(3)、将第n筒段和第n-1筒段焊接：

将床尾回转机构前移直至床头回转机构，应用床尾回转机构的内支撑装置张紧第1筒段外端，并调整该第1筒段外端圆度在设定范围内，此时第1筒段外端周长为张紧后周长l1′，对第1筒段外端张紧及圆度的调整也可在步骤(2)第1筒段和前底组合件焊接完成后进行，然后将第2筒段套装在图3中的床尾回转机构上，保证第2筒段随该床尾回转机构同步转动，通过内撑工装张紧第2筒段内端即和第1筒段相连接端，保证第2筒段内端张紧后周长l2′和第1筒段外端张紧后周长l1′相等，且满足第1筒段、第2筒段对接端弹性变形量在各自的弹性周长量内，同时调整第2筒段内端圆度在设定范围内，将床尾回转机构沿床身向床头回转机构方向移动，直至第2筒段和第1筒段的焊缝装配对合，外压紧机构将第2筒段和第1筒段进行机械压紧，此时，第2筒段和第1筒段同步转动，然后应用焊接设备对第1筒段和第2筒段焊接连接即可，焊接完成后，床尾回转机构的内支撑装置回位，床尾回转机构回移至初始位置，完成该第2筒段和第1筒段焊接作业；

以此类推，将第n筒段和第n-1筒段装配焊接；

(4)、将贮箱后底组合件和第n筒段焊接：

同样原理，通过图3所示的床尾回转机构的内支撑装置扩张第n筒段外端即和贮箱后底组合件相连接端，第n筒段外端圆周方向弹性变形，直至其周长增大至l0，并调整第n筒段外端圆度，然后将贮箱后底组合件套装在床尾回转机构的内支撑装置上，并将贮箱后底组合件和第n筒段对合同步转动，通过焊接设备将贮箱后底组合件和第n筒段焊接连接，最终形成整个贮箱。

优选的，由于焊缝冷却后收缩，因此，上装筒段n时，第n-1筒段内端焊缝收缩影响，该第n-1筒段外端圆度会发生变化，可采用焊前对焊接端预留一定预变形量，使得焊接完成后，预变形量和焊接收缩量相互抵消，减小焊接变形，将箱体形位尺寸控制在一个理想范围，具体的，第n-1筒段及第n筒段焊接端通过内支撑装置张紧后，第n-1筒段张紧后周长ln-1′及第n筒段张紧后周长ln′满足：ln-1′＝ln′，且ln-1′＞ln-1，ln′＞ln。

优选的，第n-1筒段及第n筒段间对接焊接时，焊接端通过内支撑装置张紧后，第n-1筒段张紧后周长ln-1′及第n筒段张紧后周长满足：ln-1′＝ln′＝l0。

举例说明利用筒段弹性变形量进行焊接装配精度保证：

例一:对于φ5000mm、壁厚6-7mm贮箱而言，δn设为8±2mm，焊接时各个筒段在内支撑工装作用下，发生弹性变形直至张紧后周长ln′和前底组合件周长l0相等，即其张紧后周长ln′＝l0＝φ5000mm，则错边量即两个筒段对接端半径差为1.27mm，很好保证该贮箱高精度焊接需求。

例二:对于φ5000mm、壁厚8-9mm贮箱而言，δn设为7±2mm，焊接时各个筒段在内支撑工装作用下，发生弹性变形直至张紧后周长ln′和前底组合件周长l0相等，其张紧后周长ln′＝l0＝φ5000mm，则错边量即两个筒段对接端半径差为1.11m，满足贮箱装配精度需求。

例三：对于φ5000mm、壁厚10mm贮箱而言，δn设为6±2mm，焊接时各个筒段在内支撑工装作用下，发生弹性变形直至张紧后周长ln′和前底组合件周长l0相等，张紧后周长ln′＝l0＝φ5000mm，则错边量即两个筒段对接端半径差为0.95mm，很好保证该贮箱高精度焊接需求。

例四：对于φ5000mm、壁厚11mm贮箱而言，δn设为4.5±2mm，焊接时各个筒段在内支撑工装作用下，发生弹性变形直至张紧后周长ln′和前底组合件周长l0相等，其张紧后周长ln′＝l0＝φ5000mm，则错边量即两个筒段对接端半径差为0.71mm，很好保证该贮箱高精度焊接需求。

例五：对于φ5000mm、壁厚12mm贮箱而言，δn设为4±2mm，焊接时各个筒段在内支撑工装作用下，发生弹性变形直至张紧后周长ln′和前底组合件周长l0相等，其张紧后周长ln′＝l0＝φ5000mm，则错边量即两个筒段对接端半径差为0.63mm，很好保证该贮箱高精度焊接需求。

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。