一种搭接法兰结构制造技术

本发明专利技术属于液体推进剂贮箱结构技术领域，具体涉及一种搭接法兰结构。技术方案：箱底具有多个圆形的箱底开口，搭接法兰结构与箱底开口同轴，其通径与箱底开口一致；下沿圆环形的外缘为下沿外缘，下沿外缘的轴向剖面呈直角梯形，下沿与箱底贴合，在下沿外缘处通过角焊与箱底加厚区实现连接；角焊缝及热影响区的长度是下沿外缘宽度的2～3倍，在箱底上形成的角焊缝及热影响区厚度为2～3mm。有益效果：本发明专利技术的搭接法兰结构显著降低了焊缝的应力水平，提高了焊缝的承载能力，如在相同的箱底、内压的情况，法兰焊缝的应力由196MPa降低为143MPa；同时，搭接法兰结构实现用一次角焊代替单面两层焊，简化了工艺流程，提高工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种搭接法兰结构
本专利技术属于液体推进剂贮箱结构
，具体涉及一种搭接法兰结构。
技术介绍
法兰是推进剂贮箱的一个重要组成部分，火箭飞行中所需要的推进剂贮箱内的测量电缆、增压气体等都是通过法兰进出推进剂贮箱。目前推进剂贮箱多采用对接法兰结构，如图1和图4所示，这种结构存在的主要问题是：1)焊接工艺复杂，需要采取单面两层焊；2)由于将法兰焊缝布置于箱底开口处导致焊缝处应力较大，影响结构承载能力。这种结构已经在多种型号中得到应用，发生过多次贮箱内压承载后焊缝出现裂纹的情况，一直是贮箱可靠性的潜在隐患。随着我国航天运载技术的发展，未来贮箱出流通径将越来越大，相应的法兰对接半径增大，目前应用的法兰对接结构可靠性将进一步降低，焊缝的承载能力受到严重挑战，严重影响了贮箱产品的服役可靠性。如何能够提高法兰对接焊缝的可靠性、同时简化工艺流程是结构设计工作者必须面对的问题，因此需要提出一种法兰结构，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有对接法兰结构焊接工艺复杂、焊缝易裂的技术问题，提供一种搭接法兰结构，以降低法兰焊缝处的应力和工艺施工难度，提高贮箱产品的安全性。实现本专利技术目的的技术方案：一种搭接法兰结构，位于箱底外侧，包括具有相同内径的一个圆筒状中间部分、一个圆环状上沿和一个圆环状下沿；箱底具有多个圆形的箱底开口，搭接法兰结构与箱底开口同轴，其内径与箱底开口一致；下沿圆环形的外缘为下沿外缘，下沿外缘的轴向剖面呈直角梯形，下沿与箱底贴合，在下沿外缘处通过角焊与箱底加厚区实现连接；角焊缝及热影响区的长度是下沿外缘宽度的2～3倍，在箱底上形成的角焊缝及热影响区厚度为2～3mm。所述下沿的外径比箱底开口的直径大100～200mm。所述下沿外缘的梯形斜面的斜角为10°～40°，梯形侧边长度为10mm～30mm，梯形上底面的长度为1mm～3mm。所述贮箱箱底加厚区距离角焊缝及热影响区外缘的距离不小于40mm。所述箱底的基本材料为高强度铝合金。所述焊缝的屈服值为120MPa，贮箱内压力为0.7MPa。本专利技术的效果在于：本专利技术的搭接法兰结构显著降低了焊缝的应力水平，提高了焊缝的承载能力，如在相同的箱底、内压的情况，法兰焊缝的应力由196MPa降低为143MPa；同时，搭接法兰结构实现用一次角焊代替单面两层焊，简化了工艺流程，提高工作效率。附图说明图1为推进剂贮箱箱底及法兰示意图；图2为搭接法兰对接结构整体示意图；图3为搭接法兰对接结构局部示意图；图4为传统对接法兰结构示意图；图5为本专利技术的搭接法兰结构有限元模型及分析结果；图6为传统对接法兰结构有限元模型及分析结果。图中，1-上沿，2-中间部分，3-下沿，4-下沿外缘，5-角焊缝及热影响区，6-传统对接法兰，7-传统对接法兰环缝，8-箱底加厚区，9-箱底开口。图5和图6中椭圆形标识的位置为焊缝位置对应的分析结构。具体实施方式下面以为例，结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。本实施例提供了一种搭接法兰结构，其结构如图2所示，位于推进剂贮箱箱底外表面，通过角焊与箱底连接成一个整体(在搭接法兰环边处通过与箱底角焊实现与箱底连接成一个整体)。本实施例的搭接法兰结构包括具有相同内径的一个圆筒状中间部分2、一个圆环状上沿1和一个圆环状下沿3；中间部分2与下沿3连接处为圆角；箱底具有多个圆形的箱底开口9，用于使测量电缆、增压气体等进出推进剂贮箱，本实施例的搭接法兰结构与箱底开口9同轴，其内径与箱底开口9一致，以不影响搭接法兰作为贮箱内外通道的功能，下沿3的圆环的外径D比箱底开口9的直径d大100～200mm，在下沿外缘4处通过角焊与箱底实现连接。下沿的圆环形外缘4的轴向剖面呈直角梯形，如图2所示，梯形斜面的斜角A为10°～40°，梯形侧边长度(即下沿外缘4的宽度)L为10mm～30mm，梯形上底面的长度h为1mm～3mm。在安装时，搭接法兰放置于箱底外侧且与箱底开口9共轴，搭接法兰的下沿3与箱底贴合，箱底开口9的直径d与搭接法兰通径相同，下沿3圆环的外径D比箱底开口9的直径d大100～200mm。角焊时，通过热输入及焊丝填料将下沿外缘4及箱底对应的部分区域融化，同时控制热输入量，形成如图3所示角焊缝及热影响区5，角焊缝及热影响区5的长度HL是下沿外缘4宽度L的2～3倍，在箱底上形成的角焊缝及热影响区5厚度H为2～3mm，焊丝填料需要将下沿外缘4处以及其外延5～10mm的范围焊满，形成图3示的焊缝形状。另外，要求贮箱箱底加厚区8边缘距离角焊缝及热影响区5外缘的距离DL不小于40mm。如图4所示，现有技术中的对接法兰结构需要进行单面两次焊接，主要原因是箱底焊接边厚度较厚，单面单次焊接很难将法兰与箱底开口焊透，一般采取单面两次焊的工艺进行焊接，而本实施例的搭接法兰仅仅需要一次环绕搭接法兰环边的角焊即可实现法兰与贮箱箱底的连接。为了说明搭接法兰的优点，以某型号的箱底为例，对传统的对接法兰结构与本专利技术提供的搭接法兰结构进行对比分析，分析中所采用的主要参数为法兰通径d＝180mm，箱底的理论半径为2776.8mm，箱底薄区厚度为3mm，加厚区8的厚度为6.4mm，对接法兰的外径为280mm，搭接法兰结构下沿直径为280mm。箱底的基本材料为高强度铝合金，焊缝的屈服值为120MPa，箱内压力为0.7MPa。本实施例的搭接法兰有限元模型及分析结果如图5所示，现有技术的对接法兰有限元模型及分析结果如图6所示。以上两个图中给出了对接法兰、搭接法兰轴对称有限元模型示意图，对焊缝周围的材料赋予焊接材料属性，其余位置赋予高强度铝合金材料属性。从计算结果中可以看出，传统的对接法兰在焊缝区域的最大应力为196MPa，而本专利技术提供的搭接法兰结构在焊缝区域最大应力为143MPa，在其它条件如内压、箱底、法兰厚度等都相同的情况，法兰由传统的对接结构改为搭接结构其承载能力有了显著提高。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术进行各种改动和变型而不脱离本专利技术的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本专利技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变型在内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型搭接法兰结构，其特征在于：位于箱底外侧；包括具有相同内径的一个圆筒状中间部分(2)、一个圆环状上沿(1)和一个圆环状下沿(3)；箱底具有多个圆形的箱底开口(9)，搭接法兰结构与箱底开口(9)同轴，其内径与箱底开口(9)一致；下沿(3)圆环形的外缘为下沿外缘(4)，下沿外缘(4)的轴向剖面呈直角梯形，下沿(3)与箱底贴合，在下沿外缘(4)处通过角焊与箱底加厚区(8)实现连接；角焊缝及热影响区(5)的长度是下沿外缘(4)宽度的2～3倍，在箱底上形成的角焊缝及热影响区(5)厚度为2～3mm。

【技术特征摘要】
1.一种搭接法兰结构，其特征在于：位于箱底外侧；包括具有相同内径的一个圆筒状中间部分(2)、一个圆环状上沿(1)和一个圆环状下沿(3)；箱底具有多个圆形的箱底开口(9)，搭接法兰结构与箱底开口(9)同轴，其内径与箱底开口(9)一致；下沿(3)圆环形的外缘为下沿外缘(4)，下沿外缘(4)的轴向剖面呈直角梯形，下沿(3)与箱底贴合，在下沿外缘(4)处通过角焊与箱底加厚区(8)实现连接；角焊缝及热影响区(5)的长度是下沿外缘(4)宽度的2～3倍，在箱底上形成的角焊缝及热影响区(5)厚度为2～3mm。2.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭伟斌，李东，田建东，杨虎军，王江，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11