一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法技术

一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，涉及运载火箭贮箱制造领域；主要包括如下步骤：步骤(一)、组装卧式贮箱；步骤(二)、在环缝焊接区两侧分别固定安装左外压紧机构和右外压紧机构；步骤(三)、触发内撑机构，实现阳膜和阴膜的外壁与环缝内壁接触；步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，包括第一次焊接和第二次焊接；步骤(五)、对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷是，焊接结束；当检测有焊接缺陷时，进入步骤(六)；步骤(六)、局部补焊；本发明专利技术消除了弹箭体贮箱封箱环缝的刚性薄弱点，开发相应的复合焊接工艺和局部补焊工艺，大幅度提高运载火箭贮箱封箱环缝的焊接质量。

A method of guaranteeing the quality of friction stir welding for large diameter container sealing box ring joint

To ensure a large diameter storage tank sealing ring slit method of friction stir welding quality, relates to the rocket tank manufacturing field; mainly comprises the following steps: (a) assembly, horizontal storage tank; step (two), weld zone are respectively fixed on both sides of the installation of left and right external clamping mechanism in ring clamping mechanism; step (three), supporting mechanism trigger, wall contact seam wall and ring of ion exchange membranes; step (four), girth welding zone, including the first second steps of welding and welding; (five), the girth welding area for nondestructive testing, when detection welding defects, the welding ends; when the detection of welding defects, in step (six); step (six), local welding; the invention eliminates the rigid projectile body tank sealing ring joint weak points, develop the corresponding welding and local welding process, The welding quality of the seal box ring seam of the launch vehicle tank is greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法
本专利技术涉及一种运载火箭贮箱制造领域，特别是一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法。
技术介绍
运载火箭贮箱通常由前(后)箱底、前(后)短壳及若干个中间筒段组成。由于在焊接前短壳、前底及若干个筒段之间的对接环缝时，一侧处于敞开状态，因此可以采用一体化铣切焊接复合工装，故而装配精度容易保证，焊接质量也比较理想。后底组合件与最后一个筒段之间的环缝称之为封箱环缝，一侧为薄壁弱刚性筒段，一侧为强刚性的箱底叉形环，焊接区两端刚性不匹配。另外，由于焊接封箱环缝时贮箱处于封闭状态，且后底中心孔直径通常较小，因此只能采用细的芯轴承载一个可拆卸分体式的内撑机构，这也导致封箱环缝的装配精度较差，特别是产品与背部内撑机构的贴合度较差，这也导致封箱环缝的装配难度、焊接难度是所有环缝中最大的。为了提高贮箱焊接质量，运载火箭贮箱总装环缝开始逐步采用搅拌摩擦焊技术，而已有的内撑机构及现有装配精度难以满足搅拌摩擦焊技术的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，消除弹箭体贮箱封箱环缝的刚性薄弱点，开发相应的复合焊接工艺和局部补焊工艺，大幅度提高运载火箭贮箱封箱环缝的焊接质量。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，包括如下步骤：步骤(一)、将前底组合件、床头箱、n个筒段沿轴向依次焊接连接；将后底组合件和床尾箱沿轴焊接连接；将右外压紧机构环绕固定安装在末端筒段端处的外壁；将左外压紧机构环绕固定安装在床尾箱端处的外壁；沿床尾箱轴心位置固定安装芯轴，芯轴的一端同轴固定安装内撑机构；n为不小于1的正整数；步骤(二)、将n个筒段同轴对接后，将床尾箱与末端筒段同轴对接；相邻筒段的对接处、床尾箱与末端筒段的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱延伸18-20mm处固定安装左外压紧机构，并压紧左外压紧机构；在环缝焊接区沿轴向向床头箱延伸18-20mm处固定安装右外压紧机构，并压紧右外压紧机构；步骤(三)、调整芯轴，实现内撑机构对准床尾箱与末端筒段连接处的环缝内壁；触发内撑机构，固定在中心环上的支撑杆向外伸长，实现阳膜和阴膜的外壁与环缝内壁接触；步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段的筒壁厚度为amm，选取轴肩和搅拌针，轴肩和搅拌针固定连接后，将搅拌针全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；S2：第二次焊接环缝焊接区：更换搅拌针；轴肩和更换后的搅拌针固定连接后，将搅拌针全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；步骤(五)、撤掉左外压紧机构，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，进入步骤(六)；步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：S1：原位置安装左外压紧机构；并更换搅拌针；S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100-200mm处，伸入更换后的搅拌针，开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；当搅拌针经过焊接缺陷位置后，在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50-100mm处逐渐回抽搅拌针直至搅拌针脱离环缝焊接区，焊接结束。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(一)中，芯轴直径为148-152mm。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，所述内撑机构包括中心环、6个阳膜、6个阴膜和12跟支撑杆；其中，中心环位于中心位置；6个阴膜均匀环绕分布在中心环外壁的外侧；6个阳膜均匀环绕分布在阴膜的外壁外侧；支撑杆固定安装在阳膜组和中心环之间、阴膜组和中心环之间。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，每个阴膜均设置在相邻两个阳膜的夹角等分线位置；且与阳膜连接的支撑杆位于阳膜的中心线处，与阴膜连接的支撑杆位于阴膜的中心线处。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，触发内撑机构后，阳膜在支撑杆的带动下向外伸出，直至阳膜外壁与环缝内壁接触；随后阴膜在支撑杆的带动下向外伸出，直至阴膜外壁与环缝内壁接触。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(三)中，每个阴膜内壁与支撑杆之间设置有两根加强杆；两根加强杆与支撑杆的连接处位于支撑杆的中部位置；两根加强杆与阴膜的连接位置分别位于距阴膜两端50-100mm处。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(四)的S1中，轴肩为圆柱形结构，轴肩直径为2.5a+2mm；搅拌针长度比a少0.2-0.3mm；S2中，更换后的搅拌针长度比a少0.6-0.8mm。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(五)中，焊接缺陷包括点状缺陷和长度≤100mm的线状缺陷。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(六)的S1中，更换的搅拌针长度为a-1mm。在上述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，所述步骤(六)的S2中，伸入更换后的搅拌针时，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.05-0.01mm，且完全伸入更换后的搅拌针后，搅拌针静止进行焊接，焊接时间为2-3s；搅拌针沿顺时针开始移动后，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm；搅拌针经过焊接缺陷位置时，轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.3-0.4mm；搅拌针经过焊接缺陷位置后，在搅拌针顺时针移动的同时轴肩下压环缝焊接区的下压量为0.2-0.3mm。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术以封箱环缝内撑机构阴模背部的“径向支撑机构”为支撑点，施加相应的加强杆，作用于“阴/阳模交接处偏阴模一侧”，消除了传统封箱环缝内撑机构的刚性薄弱环节；(2)本专利技术中，第一次焊接实现封箱环缝与背部内撑机构的紧密贴合；第二次正式焊接消除首次焊接时可能出现的断续缺陷，该方法可以将运载火箭贮箱难度最大的封箱环缝的搅拌摩擦焊接一次合格率提高至95％以上；(3)本专利技术提出的局部补焊方法，补焊焊缝长度较短，节约时间，且提出的有效控制措施可以保证起始焊接处和原始缺陷处的焊接质量，补焊一次合格率可达到100％。附图说明图1为本专利技术焊接方法流程图；图2为本专利技术贮箱封箱环缝装配示意图；图3为本专利技术贮箱封箱环缝内撑机构三维图及结构简图；图4为本专利技术单层内撑机构安装12组加强杆示意图；图5为本专利技术局部补焊方法示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：通过对封箱环缝内撑机构进行结构改进，开发复合焊接工艺和局部补焊方法，最终将运载火箭贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量一次合格率提高至95％以上。如图1所示为焊接方法流程图，由图可知，一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，包括如下步骤：步骤(一)、如图2所示为贮箱封箱环缝装配示意图，由图可知，将前底组合件3、床头箱1、n个筒段7沿轴向依次焊接连接；将后底组合件4和床尾箱2沿轴焊接连接；将右外压紧机构5环绕固定安装在末端筒段7端处的外壁；将左外压紧机构6环绕固定安装在床尾箱2端处的外壁；沿床尾箱2轴心位置固定安装芯轴9，芯轴9的一端同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、将前底组合件(3)、床头箱(1)、n个筒段(7)沿轴向依次焊接连接；将后底组合件(4)和床尾箱(2)沿轴焊接连接；将右外压紧机构(5)环绕固定安装在末端筒段(7)端处的外壁；将左外压紧机构(6)环绕固定安装在床尾箱(2)端处的外壁；沿床尾箱(2)轴心位置固定安装芯轴(9)，芯轴(9)的一端同轴固定安装内撑机构(8)；n为不小于1的正整数；步骤(二)、将n个筒段(7)同轴对接后，将床尾箱(2)与末端筒段(7)同轴对接；相邻筒段(7)的对接处、床尾箱(2)与末端筒段(7)的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱(2)延伸18‑20mm处固定安装左外压紧机构(6)，并压紧左外压紧机构(6)；在环缝焊接区沿轴向向床头箱(1)延伸18‑20mm处固定安装右外压紧机构(5)，并压紧右外压紧机构(5)；步骤(三)、调整芯轴(9)，实现内撑机构(8)对准床尾箱(2)与末端筒段(7)连接处的环缝内壁；触发内撑机构(8)，固定在中心环(10)上的支撑杆(13)向外伸长，实现阳膜(11)和阴膜(12)的外壁与环缝内壁接触；步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段(7)的筒壁厚度为amm，选取轴肩(15)和搅拌针(16)，轴肩(15)和搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；S2：第二次焊接环缝焊接区：更换搅拌针(16)；轴肩(15)和更换后的搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；步骤(五)、撤掉左外压紧机构(6)，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，进入步骤(六)；步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：S1：原位置安装左外压紧机构(6)；并更换搅拌针(16)；S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100‑200mm处，伸入更换后的搅拌针(16)，开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；当搅拌针(16)经过焊接缺陷位置后，在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50‑100mm处逐渐回抽搅拌针(16)直至搅拌针(16)脱离环缝焊接区，焊接结束。...

【技术特征摘要】
1.一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、将前底组合件(3)、床头箱(1)、n个筒段(7)沿轴向依次焊接连接；将后底组合件(4)和床尾箱(2)沿轴焊接连接；将右外压紧机构(5)环绕固定安装在末端筒段(7)端处的外壁；将左外压紧机构(6)环绕固定安装在床尾箱(2)端处的外壁；沿床尾箱(2)轴心位置固定安装芯轴(9)，芯轴(9)的一端同轴固定安装内撑机构(8)；n为不小于1的正整数；步骤(二)、将n个筒段(7)同轴对接后，将床尾箱(2)与末端筒段(7)同轴对接；相邻筒段(7)的对接处、床尾箱(2)与末端筒段(7)的对接处均为环缝焊接区；在环缝焊接区沿轴向向床尾箱(2)延伸18-20mm处固定安装左外压紧机构(6)，并压紧左外压紧机构(6)；在环缝焊接区沿轴向向床头箱(1)延伸18-20mm处固定安装右外压紧机构(5)，并压紧右外压紧机构(5)；步骤(三)、调整芯轴(9)，实现内撑机构(8)对准床尾箱(2)与末端筒段(7)连接处的环缝内壁；触发内撑机构(8)，固定在中心环(10)上的支撑杆(13)向外伸长，实现阳膜(11)和阴膜(12)的外壁与环缝内壁接触；步骤(四)、进行环缝焊接区焊接，具体步骤如下：S1：第一次焊接环缝焊接区：筒段(7)的筒壁厚度为amm，选取轴肩(15)和搅拌针(16)，轴肩(15)和搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；S2：第二次焊接环缝焊接区：更换搅拌针(16)；轴肩(15)和更换后的搅拌针(16)固定连接后，将搅拌针(16)全部伸入焊接环缝焊接区进行焊接；步骤(五)、撤掉左外压紧机构(6)，采用超声相控阵检测方法对环缝焊接区进行无损检测，当检测无焊接缺陷时，结束焊接；当发现焊接缺陷时，进入步骤(六)；步骤(六)、对焊接缺陷位置进行局部补焊，具体步骤如下：S1：原位置安装左外压紧机构(6)；并更换搅拌针(16)；S2：在焊接缺陷位置处沿环缝焊接区外壁逆时针方向100-200mm处，伸入更换后的搅拌针(16)，开始沿顺时针在环缝焊接区环形焊接；当搅拌针(16)经过焊接缺陷位置后，在环缝焊接区外壁沿顺时针方向50-100mm处逐渐回抽搅拌针(16)直至搅拌针(16)脱离环缝焊接区，焊接结束。2.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(一)中，芯轴(9)直径为148-152mm。3.根据权利要求1所述的一种保证大直径贮箱封箱环缝搅拌摩擦焊接质量的方法，其特征在于：所述步骤(三)中，所述内撑机构(8)包括中心环(10)、6个阳膜(11)、6个阴膜(12)和12跟支撑杆(13)；其中，中心环(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝云飞，孙秀京，周庆，乔森，马建波，厉晓笑，孙世烜，王凯，项阳，李晓琳，文帅，赵鑫，
申请(专利权)人：首都航天机械公司，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11