一种薄壁细长不锈钢管装配焊接形位尺寸控制方法与流程

本发明属于运载火箭技术领域，特别是涉及到一种薄壁细长不锈钢管装配焊接形位尺寸控制方法。

背景技术：

xx-5型号是我国新一代运载火箭，该火箭由两个芯级和四个助推构成，可实现近地轨道25顿、地球同步转移轨道14顿运力，以满足我国未来空间站建设等航天运输需求。氢自生增压管固定于箭体芯一级侧壁21个刚性支架上，旨在火箭飞行过程中给燃料箱输送高压气体，以满足发动机燃烧需求。该管是由2根“z”形弯管和2根直管组成，管子尺寸φ31×1.5mm、材料1cr18ni9ti，弯管一端是法兰结构，另一端是全位置焊接头，直管两端均为全位置焊接头，各管子间通过全位置焊接头进行连接，产品总长18174mm，是一种典型的多安装约束，小直径、薄壁、超长不锈钢高压管，制造过程形位尺寸控制难度很大。本发明特提出一种多约束，小直径、薄壁、超长不锈钢管装配焊接形位尺寸控制方法，用以保证氢自生增压管生产质量。

受国内原材料尺寸限制，现有氢自生增压管是由长度不超4500mm的管子与法兰盘手工焊组成，再将多根氢自生增压管通过法兰螺接组成长约18500mm的管系。产品制造时先手工定位焊装配管子与法兰盘，保证法兰盘端面平面度小于0.2，法兰盘端面对轴线垂直度小于0.5，导管焊接时法兰盘刚性大，有利于避免焊接变形可直接采用简易旋转工装完成管子与法兰盘接头的焊接，管系安装时法兰盘可周向任意旋转，有利于满足导管间安装要求。

在管子不长，法兰盘接头刚性强，产品间通过法兰盘螺接连接情况下，原有氢自生增压管采用无强约束限制手工焊接，焊接变形对管系形位尺寸影响不显著。但对于通过弱刚性焊接接头，并将多根管子拼焊成总长约18500mm的超长氢自生增压管，此种装配焊接方法易因焊接变形导致产品形位尺寸超差，无法满足箭上安装。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种薄壁细长不锈钢管装配焊接形位尺寸控制方法，保证整管装配精度；降低产品整体焊接变形量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种薄壁细长不锈钢管装配焊接形位尺寸控制方法，包括：从装配与焊接两方面对产品形位尺寸进行控制；装配时，使用柔性托架调整导管装配状态，使用刚性夹头对中并锁紧待焊接头，使用工装活动端量化约束末尾导管，保证整管装配精度；焊接时，使用导管全位置自动焊机对同一条焊缝进行两次不同起弧位置焊接，利用第二次焊接时的反向变形抵消第一次的焊接变形，同时相邻焊缝也采用不同起弧位置焊接。

进一步的，对于一端是法兰结构、另一端是全位置焊接头的弯导管的装配焊接，包括：

(11)将法兰盘安装至工装固定端，采用金属卡扣将法兰盘与工装固定端固定，将管子置于工装托架上，通过精准调整托架等高同轴等形位尺寸，利用薄壁细长管弱刚性特点，使得管子自适应托架形位尺寸，再通过整体移动托架及管子，使得法兰盘与管子装配良好；

(12)将工装活动夹头移至待焊接头处增强刚性约束，采用自动焊对接头进行焊接；

(13)将管子另一侧的全位置焊接头安装至工装活动端，松开工装固定端与法兰盘的连接，通过整体移动托架及管子，完成管子与全位置焊接头的装配；或者将管子另一侧的全位置焊接头安装至工装活动端，通过移动工装活动端，完成管子与全位置焊接头的装配；

(14)焊前标记起弧位置，采用自动焊对全位置焊接头进行第一遍焊接，待全位置焊接头冷却后旋转全位置焊接头，降低焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接。

更一步的，步骤(14)中，待全位置焊接头冷却后旋转全焊接头180度，降低3％焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接。

进一步的，对于两端均为全位置焊接头的直导管的装配焊接，包括：

(21)将管子一侧的全位置焊接头安装至工装固定端，将管子置于工装托架上，通过精准调整托架等高同轴等形位尺寸，利用薄壁细长管弱刚性特点，使得管子自适应托架形位尺寸，再通过整体移动托架及管子，使得全位置焊接头与管子装配良好；

(22)焊前标记起弧位置，采用自动焊对全位置焊接头进行第一遍焊接，待全位置焊接头冷却后旋转全位置焊接头，降低焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接；

(23)将管子另一侧的全位置焊接头安装至工装活动端，松开工装固定端，通过整体移动托架及管子，完成管子与管子另一侧的全位置焊接头的装配；或者将管子另一侧的全位置焊接头安装至工装活动端，通过移动工装活动端，完成管子与管子另一侧的全位置焊接头的装配；

(24)焊前标记起弧位置，所述起弧位置比步骤(22)的起弧位置相差180°；采用自动焊对全位置焊接头进行第一遍焊接，待全位置焊接头冷却后旋转全位置焊接头，降低焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接。

更进一步的，步骤(22)中，待全位置焊接头冷却后旋转全焊接头180度，降低3％焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接；步骤(24)中，焊前标记起弧位置，所述起弧位置比步骤(22)的起弧位置相差180°；采用自动焊对全位置焊接头进行第一遍焊接，待全位置焊接头冷却后旋转全焊接头180度，降低3％焊接电流对全位置焊接头进行第二遍焊接。

进一步的，对于导管间的装配焊接，包括：

(31)将一根导管放置于工装固定端侧，使用金属扣将导管一端与工装固定端固定；

(32)将其相邻直导管放置于工装中部，精准调整两根导管的托架等高同轴等形位尺寸，整体移动直导管及其托架，使得两根导管装配良好；

(33)旋转相邻直导管，使得两个全位置焊接头起弧位置相同，再以该起弧位置为准，旋转180度位置为全位置焊接头间焊缝起弧位置；

(34)将工装活动夹头移至待焊接头附近，对全位置焊接头间焊缝进行第一遍焊接，冷却后旋转接头并降低焊接电流进行第二遍焊接。

更进一步的，最后一根导管装配时同时使用工装活动端固定。

更进一步的，步骤(34)中，冷却后旋转接头180度并降低3％焊接电流进行第二遍焊接。

更进一步的，自动焊前用手工焊对接头进行均布的4点定位。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明对单条焊缝采用两遍不同起弧位置不同焊接电流自动焊，可有效减少焊缝变形。多条焊缝连接时将各相邻焊缝错开一定角度，可有效减少焊接变形累计，利于控制焊接变形对产品形位尺寸的影响。

本发明利用超长氢自生增压管弱刚性特点，精准调整托架，使得托架上的管子直线度、同轴度等形位尺寸满足产品要求，并通过移动工装活动夹头对接头附近加强约束减少焊接变形。

本发明通过制造过程对焊接和装配的控制，可有效保证产品形位尺寸。

附图说明

图1是本发明实施例的焊缝起弧位置示意图；

图2是本发明实施例的形位尺寸控制方法流程图。

其中：

1、法兰盘；2、全位置焊接头；

3、管子；4、钨极。

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。

本发明从装配与焊接两方面对产品形位尺寸进行控制。流程如图2所示，装配时，使用柔性托架调整导管装配状态，使用刚性夹头对中并锁紧待焊接头，使用工装活动端量化约束末尾导管，保证整管装配精度；焊接时，考虑手工焊质量因人而异，采用自动焊代替手工焊，使用导管全位置自动焊机对同一条焊缝进行两次不同起弧位置焊接，旨在利用第二次焊接时的反向变形抵消第一次的焊接变形，同时相邻焊缝也采用不同起弧位置焊接，从而降低产品整体焊接变形量。

本发明实施例中，超长氢自生增压管长约18500mm，但管径仅有31mm、壁厚仅有1.5mm，焊接过程极易发生变形。为避免焊接变形导致产品形位尺寸超差，制造过程中应从焊接和装配两个方面进行控制，以保证产品直线度、同轴度、两侧法兰盘1外端面平行度等箭上安装形位尺寸要求。

超长氢自生增压管装配焊接时，先分别完成四根导管装配焊接，再进行四根导管间的装配焊接。将法兰盘1安装至工装固定端，采用金属卡扣将法兰盘1与工装固定端固定，将管子3置于工装托架上，通过精准调整托架等高同轴等形位尺寸，利用薄壁细长管弱刚性特点，使得管子3自适应托架形位尺寸，再通过整体移动托架及管子3，使得法兰盘1与管子3装配良好，将工装活动夹头移至待焊接头处增强刚性约束，采用自动焊对接头进行焊接；将管子3另一侧的全位置焊接头2安装至工装活动端，同理，完成管子3与全位置焊接头2的装配，焊前标记起弧位置，采用自动焊对全位置焊接头2进行第一遍焊接，待全位置焊接头2冷却后旋转全位置焊接头2180度，降低3％焊接电流对全位置焊接头2进行第二遍焊接(第二遍焊接只改变焊缝表面，不改变焊缝背面)，下架完成该根导管的装配焊接。同理，完成剩余三根导管与接头的装配焊接(针对有两个全位置焊接头2的直管，两个全位置焊接头2的起弧位置应相差180°)。

将一根导管放置于工装固定端侧，使用金属扣将导管一端与工装固定端固定，将其相邻直导管放置于工装中部，精准调整两根导管的托架等高同轴等形位尺寸，整体移动直导管及其托架，使得两根导管装配良好。旋转相邻直导管，使得两个全位置焊接头2起弧位置相同，再以该起弧位置为准，旋转180度位置为全位置焊接头2间焊缝起弧位置，将工装活动夹头移至待焊接头附近，对全位置焊接头2间焊缝进行第一遍焊接，冷却后旋转接头180度并降低3％焊接电流进行第二遍焊接，同理，完成剩余两个导管的装配焊接，拼焊成整管。另外需要说明的是第四根导管装配时额外使用了工装活动端，以及在自动焊前用手工焊对接头进行均布的4点定位。焊缝起弧位置示意如图1所示。

本发明与现有技术相比：

1、单条焊缝采用两遍不同起弧位置不同焊接电流自动焊，以减小焊接变形，并获得焊接变形量及收缩量；涉及多条焊缝产时，各相邻焊缝起弧位置错位一定角度，以减少焊接变形累计。

2、单根导管装配，两端零件由工装端部固定，管子3由工装托架支撑，利用薄壁细长管弱刚性，管子3可与托架形位尺寸自适应特点，精准调整托架保证管子3形位尺寸、管子3与零件的装配；多根导管装配，从产品一端至另一端顺序装配，也利用了导管与托架自适应，前面导管由工装固定端、托架和活动夹头保证装配质量，最后根导管由工装两端端部(固定端和活动端)、托架和活动夹头保证装配质量。

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。