航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法技术

本发明专利技术提供一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，主要包括：贮箱薄壁筒体零件、半球形封头零件的电子束熔丝成形制造，筒体和封头零件机加工、筒形贮箱电子束焊接。首先采用钛合金丝材进行零件电子束熔丝成形工艺试验，获得优选的成形工艺参数；其次，进行筒形贮箱零件的电子束熔丝成形制造；接着，进行零件的机加工、热处理；最后，进行筒形贮箱零件的真空电子束焊接。本发明专利技术还提供一种薄壁筒形贮箱的电子束焊接工装，该装置主要通过阶梯膨胀内衬与前、后锥盖的配合实现内衬的胀紧和收缩，对待焊筒体进行刚性支撑，保证薄壁筒体的焊后同轴度满足要求，保证筒体焊缝背面无飞溅，提高薄壁筒形贮箱的焊缝成形质量。提高薄壁筒形贮箱的焊缝成形质量。提高薄壁筒形贮箱的焊缝成形质量。

【技术实现步骤摘要】
航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法


[0001]本专利技术属于航天贮箱制造、电子束焊接
，特别是一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天的不断发展，对筒形燃料贮箱提出了轻质、高排放率的要求，以提高燃料的利用率。钛合金相对传统的防锈铝合金，具有比强度、比刚度高，耐蚀性好的优势，已逐渐被用于筒形燃料贮箱的研制中。
[0003]钛合金筒形燃料贮箱内腔装填燃料，通过筒体内部活塞的单向运动实现燃料的排出。为了确保贮箱内燃料的利用率，要求筒体内壁与活塞间尽可能无间隙，因此，对筒体内壁粗糙度和圆度要求高。但是，现有加工条件无法满足此类薄壁大长径比筒体的整体机加工，需要采用分段加工+筒体焊接的方法制造。
[0004]传统薄壁筒形钛合金贮箱常采用的制造方法主要有：直径较小的筒形贮箱一般采用圆棒整体机加工+焊接，组装成较长的贮箱筒体；尺寸较大的筒形贮箱一般采用热冲压(旋压)后机加工+焊接，组装成贮箱筒体。上述两种制造方法均需要去除大量原材料，材料利用率极低，且加工周期长、生产成本高。电子束熔丝成形技术具有熔敷金属效率高，质量好等优点，可用于薄壁筒形贮箱零件的制造。
[0005]此外，由于采用零件精加工后再焊接，对壁厚≤3mm的中薄壁筒体零件焊接，如采用普通熔化焊，由于热输入大，焊接热源能量密度低，将导致筒体焊后变形大，尺寸精度难以控制。真空电子束焊接具有能量密度高、热输入小、焊缝变形小的优点，适用于此类薄壁筒形贮箱的焊接。但是，真空电子束焊接薄壁筒体存在以下问题：筒体刚性差、焊后变形导致筒体同轴度超差以及穿透焊时背部飞溅难以清理等。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于电子束熔丝成形技术的航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，提高材料利用率，降低生产成本，提高生产效率，同时减小零件焊后变形，改善焊接质量。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0008]一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，
[0009]建立零件模型并对模型进行切片预处理，然后进行贮箱零件的电子束熔丝成形制造：
[0010]电子束熔丝成形包括筒形零件成形和半球形零件成形，将成形零件装夹在卡盘上随轴旋转，通过调整旋转轴偏转角度避免熔池坍塌；采用工作台液冷散热装置，并在熔敷层数≥10时，采用电子束流逐层衰减的工艺，降低熔敷体热量累积；
[0011]然后对电子束熔丝成形后的零件进行真空热处理、机加工，保证零件的最终加工尺寸；
[0012]进行筒形贮箱零件的真空电子束焊接：
[0013]加热大直径待焊筒体焊口部位，将小直径待焊筒体零件插入大直径筒体零件止口部位，点焊固定两段筒体零件和半球形零件形成筒形贮箱零件；通过内衬工装将筒形贮箱零件胀紧后进行真空电子束焊接。
[0014]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0015](1)采用传统圆棒机加工方法制造薄壁筒形贮箱生产周期长、材料去除率高，且成本高昂，本专利技术借助电子束熔丝成形+精密机加工+真空电子束焊接技术，提出了航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，生产周期大幅缩短，特别适用于航天器贮箱小批量多型号快周转的科研生产现状。
[0016](2)相对目前常用的激光增材成形技术，电子束熔丝成形技术具有熔敷效率高、真空下成形质量好等突出优点，特别适用于航天燃料贮箱的生产制造。
[0017](3)采用贮箱筒体电子束分段组装焊的方法，避免了现有技术条件下，大长径比薄壁筒形贮箱无法一次加工成形的难题；通过采用电子束焊接方法并配合高精度电子束焊接胀紧工装，显著改善了贮箱焊缝质量，减少焊缝返修，极大地提高了产品焊接效率，实现薄壁筒形贮箱的小变形焊接。
附图说明
[0018]图1为薄壁筒形贮箱真空电子束制造工艺流程图。
[0019]图2为钛合金贮箱零件电子束熔丝成形示意图。
[0020]图3为薄壁筒形贮箱焊接装配示意图。
[0021]图4为薄壁筒形贮箱图。
[0022]图5为电子束焊接工装示意图。
[0023]图6为电子束焊接工装装配示意图。
[0024]图7为筒体及封头止口对接示意图。
[0025]图8为筒形贮箱焊缝效果图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0027]本专利技术提供的一种适用于航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，能够实现相对传统棒材机加工+焊接等制造工艺降低贵金属材料浪费，缩短制造周期，提高贮箱生产效率、降低生产成本，同时减小焊后变形，改善焊接质量，实现航天燃料贮箱产品的电子束柔性制造。
[0028]本专利技术以TC4钛合金为例，说明采用真空电子束熔丝成形+电子束焊接技术制造薄壁筒形贮箱的总体方案。TC4钛合金相对传统的防锈铝合金，具有比强度、比刚度高，耐蚀性好的优势，已逐渐被用于筒形燃料贮箱的研制中。传统薄壁筒形钛合金贮箱常采用的制造方法主要有：直径较小的筒形贮箱一般采用圆棒机加工+焊接，组装成较长的贮箱筒体；尺寸较大的筒形贮箱一般采用热冲压(旋压)后机加工+焊接，组装成贮箱筒体。上述两种制造方法均需要去除大量原材料，材料利用率极低，且加工周期长、生产成本高。此外，目前航天燃料贮箱产品的生产越来越呈现小批量多型号快周转的特征，对贮箱产品的柔性生产提出
了新的要求；电子束熔丝成形技术具有熔敷金属效率高，质量好等突出优点，特别适用于航天燃料贮箱的生产制造。贮箱零件由两个筒形零件和一个半球形零件组成。
[0029]实施例1
[0030]本实施例的一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，以壁厚1.2mm，焊接锁底厚度1mm、长500mm的TC4钛合金薄壁筒形贮箱的电子束制造为例，说明本专利技术的具体实施方式。薄壁筒形贮箱真空电子束制造工艺流程如图1所示，主要包括：
[0031]步骤1，采用TC4钛合金丝材进行筒形及半球形贮箱零件的电子束熔丝成形工艺试验，获得优选的成形工艺参数；主要工艺参数为加速电压、电子束流、聚焦电流、熔敷速度、送丝速度、熔敷层间距等。
[0032]步骤2，建立零件模型并对模型进行切片预处理；对贮箱零件进行三维建模和切片时，考虑电子束熔丝成形精度、热变形及后续零件机加工，需留有充足的加工余量，完成零件三维模型的建立及切片。
[0033]优选的，确定筒形零件在壁厚方向的加工余量为单侧3mm，长度方向的加工余量为10mm，封头零件在壁厚方向的加工余量为单侧3mm。
[0034]步骤3，进行贮箱零件的电子束熔丝成形制造。
[0035]进行贮箱零件成形时，如成形倾角不合适，易导致熔池金属坍塌，降低熔敷效率；为解决此问题，采用如下措施：筒形零件成形时，如图2(a)，零件垂直装夹在卡盘上随旋转轴旋转，电子束轴向与熔池法向重合；半球形零件成形时，如图2(b)，将成形零件装夹在卡盘上随轴旋转，通过调整旋转轴偏转角，保证合适的成形角度，避免因成形倾角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，其特征在于，建立零件模型并对模型进行切片预处理，然后进行贮箱零件的电子束熔丝成形制造：电子束熔丝成形包括筒形零件成形和半球形零件成形，将成形零件装夹在卡盘上随轴旋转，通过调整旋转轴偏转角度避免熔池坍塌；采用工作台液冷散热装置，并在熔敷层数≥10时，采用电子束流逐层衰减的工艺，降低熔敷体热量累积；然后对电子束熔丝成形后的零件进行真空热处理、机加工，保证零件的最终加工尺寸；进行筒形贮箱零件的真空电子束焊接：加热大直径待焊筒体焊口部位，将小直径待焊筒体零件插入大直径筒体零件止口部位，点焊固定两段筒体零件和半球形零件形成筒形贮箱零件；通过内衬工装将筒形贮箱零件胀紧后进行真空电子束焊接。2.根据权利要求1所述的航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，其特征在于，电子束熔丝成形工艺如下：采用上焦点或表面，圆形扫描，扫描幅值5％
‑
10％，加速电压60
‑
130kV，电子束流15
‑
23mA，熔敷线速度1000mm/min，采用零件偏转，熔敷层数≥10时，每5层电子束流衰减0.5
‑
2mA，每五层间设置冷却时间1
‑
5min。3.根据权利要求1或2所述的航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，其特征在于，筒形零件时电子束与零件轴向平行，半球形零件成形是电子束轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏宏营，赵礼，周光，张朋涛，王玮，刘丹，孙跃，田书豪，张家杰，
申请(专利权)人：南京晨光集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：