一种液氨储存箱焊接工装及其焊接方法技术

一种液氨储存箱焊接工装及其焊接方法，属于压力容器焊接方法及工装，解决现有同类型液氨储存箱焊接精度差、焊缝熔深、熔宽不一致问题。本发明专利技术的焊接工装，包括支撑架、多件弧面夹块和螺杆，使用时，两件弧面夹块为一组，将拼装好的待焊接部件夹于其中，用所述螺杆穿过支撑架的左横梁或右横梁进行固定；或者在支撑架的左横梁和右横梁上分别通过螺杆固定一组弧面夹块，每组弧面夹块均夹有拼装好的待焊接部件。本发明专利技术的方法，包括半椭球型壳体加工步骤、装配步骤、示教编程步骤、激光定位焊步骤、激光连续焊接步骤。本发明专利技术的焊接工装结构简单，使用方便；本发明专利技术的方法简单实用、实施方便，焊接变形控制在0.5mm以内、焊后抗压5MPa以上，焊接合格率100％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力容器焊接方法及工装，具体涉及。
技术介绍
液氨储存箱是某小卫星的姿控系统的液氨存储容器，它负责在太空中长期存储调节卫星姿态的液态氨，如图1和图2所示，液氨储存箱由上下两个完全相同的半椭球型壳体采用激光焊接成型，半椭球型壳体对接焊缝为环向焊缝，由第一圆弧焊缝AA、第二圆弧焊缝BB、第三圆弧焊缝CC、第四圆弧焊缝DD四段圆弧焊缝首尾相连接组成，其中，第一圆弧焊缝AA、第三圆弧焊缝CC的圆弧半径为rl ;第二圆弧焊缝BB、第四圆弧焊缝DD的圆弧半径为r2, rl 为 28mm ?32mm，r2 为 205mm ?21 Omm ；半椭球型壳体采用TC4钛合金制成，要求焊后焊缝无裂纹、保证在压力5MPa不发生泄露、爆破，焊后变形小于0.5_。由于焊缝为不规则的变半径的异性构件，同时要求较高的焊接精度和强度，控制其焊接精度和焊缝质量稳定性对于卫星在太空中的安全、稳定的运行起着至关重要的作用。前期公司不采用焊接工装，将两个完全相同的半椭球型壳体相对，固定后，移动激光焊枪进行焊接，由于产品尺寸较小，曲率半径变化较大，现有焊接设备运行时，焊枪到液氨储存箱表面的距离不一致，在相同的焊接功率和速度条件下使得焊缝的热输入不一致，从而使得焊缝熔深、熔宽不一致，有的焊缝能量不足未完全焊透而有的焊缝能量太大使的熔深、熔宽过大，背面焊瘤很大，也导致产品变形不对称，焊接变形超出设计要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种液氨储存箱焊接工装，同时提供利用其焊接液氨储存箱的方法，解决现有同类型钛合金液氨储存箱焊接精度差、焊缝熔深、熔宽不一致问题，焊接的产品一致性好、精度高。本专利技术所提供的一种液氨储存箱焊接工装，包括支撑架、多件弧面夹块和螺杆，其特征在于:所述支撑架由一体的底座、左横梁和右横梁组成，所述底座为柱体，左横梁和右横梁垂直固连于底座左右两侧，左横梁和右横梁的中轴线重合，且左、右横梁上表面与底座的顶面共面；所述左横梁上表面具有垂直连通底面的左通孔，左通孔的轴心到底座中轴线距离rl，右横梁上表面具有垂直连通底面的右通孔，右通孔的轴心到底座中轴线距离为r2，rl 为 28mm ?32mm，r2 为 205mm ?210mm ;所述弧面夹块为金属块，由顶面、底面、前侧面、后侧面、左侧面和右侧面构成矩形六面体，其顶面加工为凹弧面，该凹弧面与液氨储存箱上表面凸弧面能完全拟合，在顶面的中心具有垂直连通底面的连通孔；所述底面为矩形，前侧面和后侧面对应底面的长边，左侧面和右侧面对应底面的短边；所述左通孔、右通孔和连通孔的孔径相同；所述螺杆为一金属杆件，其直径与所述连通孔的孔径相匹配，螺杆两端均加工有外螺纹，用于和螺母配合；使用时，两件弧面夹块为一组，凹弧面相对，将拼装好的待焊接部件夹于其中，并用所述螺杆穿过支撑架的左横梁或右横梁进行固定；或者在支撑架的左横梁和右横梁上分别通过螺杆固定一组弧面夹块，每组弧面夹块均夹有拼装好的待焊接部件。构成所述支撑架的底座、左横梁和右横梁上，所有锐边可以倒圆角。利用所述液氨储存箱焊接工装的液氨储存箱焊接方法，包括半椭球型壳体加工步骤、装配步骤、示教编程步骤、激光定位焊步骤、激光连续焊接步骤，其特征在于:A、半椭球型壳体加工步骤:首先使用数控加工两件形状、尺寸完全相同的半椭球型壳体，并在半椭球型壳体底部中心加工加注孔，在其中一件半椭球型壳体侧面加工测压孔，保证产品壁厚和行为公差符合要求；然后用干净棉布擦除成型后的两件半椭球型壳体表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对半椭球型壳体浸泡3min?5min以去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除残留酸液，再用超声波清洗设备对半椭球型壳体进行清洗，清洗晾干待用；B、装配步骤:首先将支撑架的底座装夹在激光焊设备的旋转卡盘上，将一个弧面夹块凹弧面朝上放在左横梁上面，连通孔与左横梁上的左通孔对齐，保证弧面夹块左侧面和右侧面与左横梁端面相互平行，将一件半椭球型壳体开口朝上放在弧面夹块上，半椭球型壳体下表面与弧面夹块的凹弧面完全贴合，且半椭球型壳体底部的加注孔与弧面夹块上连通孔对齐；然后将另一件半椭球型壳体开口朝下与已安装的椭球型壳体相对合，保证贴合间隙和错边量符合激光焊接要求，将另一个弧面夹块凹弧面向下放在后一件半椭球壳体上方，保证凹弧面与半椭球型壳体外表面完全贴合且半椭球型壳体上表面的加注孔与后一弧面夹块上连通孔对齐，最后将螺杆穿过两个弧面夹块和两个半椭球型壳体，从左横梁底面的左通孔穿出，螺杆上下两端外螺纹用螺栓拧紧固定，构成第一组装件，用于焊接半椭球型壳体圆弧半径为rl的圆弧焊缝；将一个弧面夹块凹弧面朝上放在右横梁上面，连通孔与右横梁上的右通孔对齐，保证弧面夹块前侧面和后侧面与右横梁端面相互平行，将一件半椭球型壳体开口朝上放在弧面夹块上，半椭球型壳体下表面与弧面夹块的凹弧面完全贴合，且半椭球型壳体底部的加注孔与弧面夹块上连通孔对齐；然后将另一件半椭球型壳体开口朝下与已安装的椭球型壳体相对合，保证贴合间隙和错边量符合激光焊接要求，将另一个弧面夹块凹弧面向下放在后一件半椭球壳体上方，保证凹弧面与半椭球型壳体外表面完全贴合且半椭球型壳体上表面的加注孔与后一弧面夹块上连通孔21A对齐，最后将螺杆30穿过两个弧面夹块和两个半椭球型壳体，从右横梁底面的右通孔13A穿出，螺杆30上下两端外螺纹用螺栓拧紧固定，构成第二组装件，用于焊接半椭球型壳体圆弧半径为r2的圆弧焊缝；C、示教编程步骤:采用左横梁上的第一组装件对两条圆弧半径为rl的圆弧焊缝进行示教编程，采用右横梁上的第二组装件对两条圆弧半径为r2的圆弧焊缝进行示教编程；示教编程保证焊枪到圆弧焊缝距离一致；示教过程中激光焊枪不发生移动只旋转支撑架的底座11，通过示教编程获得运动程序，对线偏差不大于0.5_，取点示教编程时枪头高度要比理论值高出一个材料厚度I激光入射方向与筋条表面法向夹角不大于5°，每条圆弧焊缝示教编程后得到的焊接程序编号并保存；D、激光定位焊步骤:采用示教好的焊接程序进行定位焊接，定位焊接前首先从下方的半椭球型壳体侧面的检测孔通入高纯氩气2min，充氩气后进行定位焊接，采用对称焊接的方法，定位焊完一条圆弧半径为rl的圆弧焊缝再定位焊另一条圆弧半径为rl的圆弧焊缝，然后定位焊另外两个圆弧半径为r2的圆弧焊缝，直到四条圆弧焊缝全部定位焊完成；E、激光连续焊接步骤:激光定位焊接完后，采用相同的示教好的焊接程序连续焊接各条圆弧焊缝，采用对称焊接的方法，焊完一条圆弧半径为rl的圆弧焊缝再焊另一条圆弧半径为rl的圆弧焊缝，再焊另外两个圆弧半径为r2的圆弧焊缝，所有焊缝焊接完成后停止充入氩气，将液氨储存箱从工装上取下。所述激光定位焊步骤中，定位焊参数:连续激光功率400W?600W、焊接速度0.02m/min?0.03m/min、离焦量+3_?+5mm、定位点长度5_?8_、定位点间距20mm?25mm ；所述激光连续焊接步骤中，连续焊接参数:连续激光功率1500W?1800W、焊接速度0.015m/min?0.02m/min、离焦量+3mm?+5_、脉冲激光占空比为50%?70%。...

【技术保护点】
一种液氨储存箱焊接工装，包括支撑架(10)、多件弧面夹块(20)和螺杆(30)，其特征在于：所述支撑架(10)由一体的底座(11)、左横梁(12)和右横梁(13)组成，所述底座(11)为柱体，左横梁(12)和右横梁(13)垂直固连于底座(11)左右两侧，左横梁(12)和右横梁(13)的中轴线重合，且左、右横梁上表面与底座(11)的顶面共面；所述左横梁上表面具有垂直连通底面的左通孔(12A)，左通孔(12A)的轴心到底座(11)中轴线距离r1，右横梁上表面具有垂直连通底面的右通孔(13A)，右通孔(13A)的轴心到底座(11)中轴线距离为r2，r1为28mm～32mm，r2为205mm～210mm；所述弧面夹块(20)为金属块，由顶面(21)、底面(22)、前侧面(23)、后侧面(24)、左侧面(25)和右侧面(26)构成矩形六面体，其顶面(21)加工为凹弧面，该凹弧面与液氨储存箱上表面凸弧面能完全拟合，在顶面(21)的中心具有垂直连通底面(22)的连通孔(21A)；所述底面(22)为矩形，前侧面(23)和后侧面(24)对应底面(22)的长边，左侧面(25)和右侧面(26)对应底面(22)的短边；所述左通孔(12A)、右通孔(13A)和连通孔(21A)的孔径相同；所述螺杆(30)为金属杆件，其直径与所述连通孔(21A)的孔径相匹配，螺杆(30)两端均加工有外螺纹(31)，用于和螺母配合；使用时，两件弧面夹块(20)为一组，凹弧面相对，将拼装好的待焊接部件夹于其中，并用所述螺杆(30)穿过支撑架(10)的左横梁(12)或右横梁(13)进行固定；或者在支撑架(10)的左横梁(12)和右横梁(13)上分别通过螺杆(30)固定一组弧面夹块，每组弧面夹块均夹有拼装好的待焊接部件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仇一卿，熊俊，李宝华，张权，王维新，裴妍娜，施国宏，
申请(专利权)人：湖北三江航天红阳机电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42