球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，包括如下步骤：S1、将异形过渡环装配至底座上，且对异形过渡环进行调平；S2、在底座上安装球形顶盖，并固定异形过渡环和球形顶盖的相对位置；S3、测量异形过渡环的上端周长，并对球形顶盖的大口端进行铣切，使之大口端周长与异形过渡环的上端周长相同；S4、球形顶盖的下端抵接至异形过渡环的上端并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接；S5、在球形顶盖上端安装过隧道法兰并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接。本发明专利技术所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法通过一套工装同时实现了球形顶盖的原位装配、铣切、焊接一体化功能。焊接一体化功能。焊接一体化功能。

【技术实现步骤摘要】
球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法


[0001]本专利技术属于火箭球形顶盖焊接领域，尤其是涉及一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法。

技术介绍

[0002]现役最大的运载火箭是长征五号，立足5000mm直径，主要用于近地轨道、地球同步转移轨道等航天器的发射任务以及空间站建设，采用液氢、液氧作为燃料，而贮箱作为燃料的承载体是火箭的核心，由前、后箱底、前、后短壳和中间筒段等部件组成，箱底是贮箱的最重要组成部分，也是整个贮箱制造中最复杂的部分，主要由过渡环、瓜瓣、分布于瓜瓣上的法兰盘和人孔法兰/顶盖拼焊而成，具有结构复杂、零件数量多、焊缝类型和条数多、刚性差、装配难度大等特点，而且为了满足全箭对接及管路的安装对箱底形位尺寸要求较高，这就对箱底高精度装配和焊接质量提出了更高的要求。5000mm直径贮箱箱底圆环前、后底分别跟人孔法兰和顶盖焊接，顶盖直径500mm，只有一条环焊缝，采用传统熔焊工艺进行焊接，然后对局部变形部位进行人工校形，焊接过程只需要一个顶盖压紧工装即可，新一代载人登月运载火箭承担着我国载人月球探测、空间站工程、火星探测等重大航天工程任务，贮箱直径为5000mm，与长征五号一致，但是高度比长征五号有较大增加，运载能力是长征五号的近3倍。而燃料贮箱是火箭的核心结构，其中结构最复杂、制造难度最大的就是箱底。
[0003]新一代载人运载火箭芯一级贮箱采用锥底结构，顶盖为异形顶盖组件，是由球形顶盖、异形过渡环和隧道法兰通过搅拌摩擦的方式拼焊而成，存在2条焊缝，分别是球形顶盖大端和异形过渡环焊缝及球形顶盖小端和隧道法兰焊缝。顶盖组件大端直径约2000mm，小端直径约1000mm,焊接区厚度达到15mm，和现有箱底顶盖相比结构更复杂、尺寸和焊接区厚度大幅增加、形位尺寸要求更严格，尤其是异形过渡环个隧道法兰平面度有较高的要求。异形顶盖组件的装配焊接对工装和焊接技术都提出了新的更大的挑战，不仅现有的顶盖压紧工装不能满足装配焊接的要求，而且常规熔焊方法由于焊接变形较大不能保证异形顶盖组件各零件之间形位尺寸精度。
[0004]要实现异形顶盖组件的焊接必需设计适应其结构特点的专用工装，此工装一方面应该具备一次装配就能实现异形顶盖组件2条焊缝焊接的功能，避免二次装配。另一方面焊接垫板应具备周长可调节功能，适应由于顶盖组件各零件周长偏差带来的焊缝周长变化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，以解决现有技术的球形顶盖在焊接异形过渡环和过渡法兰是需要频繁拆装，影响焊接质量的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，
[0008]包括如下步骤：S1、将异形过渡环装配至底座上，且对异形过渡环进行调平；
[0009]S2、在底座上安装球形顶盖，并固定异形过渡环和球形顶盖的相对位置；
[0010]S3、测量异形过渡环的上端周长，并对球形顶盖的大口端进行铣切，使之大口端周长与异形过渡环的上端周长相同；
[0011]S4、球形顶盖的下端抵接至异形过渡环的上端并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接；
[0012]S5、在球形顶盖上端安装过隧道法兰并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接。
[0013]进一步的，所述底座上端安装锁紧机构，且锁紧机构与球形顶盖、异形过渡环均同轴设置，球形顶盖的下端内圈和异形过渡环的上端内圈均位于锁紧机构外围。
[0014]进一步的，所述锁紧机构包括多个焊接垫板，且多个焊接垫板在底座上端呈圆形排布，两两焊接垫板之间设置补偿垫板，补偿垫板为楔形结构，补偿垫板的下端位于两两焊接垫板之间，补偿垫板的大端铰接至第一连杆，第一连杆的另一端铰接至第一直线驱动器的活动杆，第一直线驱动器外围固定安装至底座上。
[0015]进一步的，所述底座上安装第二直线驱动器，第二直线驱动器的活动杆固定连接至膜胎下端，且第二直线驱动器位于锁紧机构内圈，球形顶盖安装至膜胎外围，第二直线驱动器通过膜胎带动球形顶盖升降。
[0016]进一步的，所述步骤S4中固定球形顶盖和异形过渡环固定相对位置的方法是通过锁紧机构涨紧球形顶盖和异形过渡环的待焊接位，然后通过若干第一压板压接至异形过渡环的外围，且第一压板的一端固定连接至底座上，通过第二压板压接至球形顶盖外围，且每个第二压板的一端固定连接至压紧环上，且压紧环的外围沿轴向设置若干拉杆，每个拉杆的一端均固定连接至底座上，底座上端还设置中轴，中轴外围分别位于球形顶盖内圈和异形过渡环内圈，中轴上端设置小端压紧框，小端压紧框下端抵接至球形顶盖的小口端，小端压紧框的上端通过锁母固定连接至中轴的外围。
[0017]进一步的，所述第一压板和第二压板的结构相同，第一压板包括板体、支座和第三直线驱动器，板体的一端铰接至第三直线驱动器的一端，第三直线驱动器的另一端铰接至底座的外围，板体的另一端接触连接至异形过渡环的外围，支座的下端固定连接至底座的上端，板体的中部设有轴孔，转轴外围位于轴孔内圈，且转轴外围固定连接至支座的上端。
[0018]进一步的，所述步骤S5中固定球形顶盖和隧道法兰相对位置的方法是，将小端压紧框拆除，然后将隧道法兰放置到球形顶盖小口端，在隧道方法上端设置上盖，并通过锁母固定隧道法兰、上盖和球形顶盖的相对位置。
[0019]相对于现有技术，本专利技术所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法具有以下有益效果：通过一套工装同时实现了球形顶盖的原位装配、铣切、焊接一体化功能；且采用小端压紧机构、拉杆和侧向顶紧机构多重措施保证了球形顶盖两条焊缝在整个焊接过程中的装配精度，实现了高精准装配的要求；锁紧机构结构能够适应球形顶盖大端一定周长偏差范围内的撑紧，而且焊接垫板的厚度补偿措施能防止焊接过程焊缝收缩周长变小的情况，有效保证了搅拌摩擦焊缝的质量和形位尺寸。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0021]图1为本专利技术实施例所述的异形过渡环、球形顶盖固定安装在底座上的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例所述的锁紧机构和膜胎安装在底座上的结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例所述的锁紧机构和膜胎安装在底座上的剖面结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例所述的异形过渡环、球形顶盖外部设置压板的结构结构示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例所述的隧道法兰装配至球形顶盖的结构示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例所述的异形过渡环、球形顶盖和隧道法兰焊接完成的结构示意图。
[0027]附图标记说明：
[0028]1‑
异形过渡环；2
‑
球形顶盖；21
‑
第二直线驱动器；22
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、将异形过渡环(1)装配至底座(7)上，且对异形过渡环(1)进行调平；S2、在底座(7)上安装球形顶盖(2)，并固定异形过渡环(1)和球形顶盖(2)的相对位置；S3、测量异形过渡环(1)的上端周长，并对球形顶盖(2)的大口端进行铣切，使之大口端周长与异形过渡环(1)的上端周长相同；S4、球形顶盖(2)的下端抵接至异形过渡环(1)的上端并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接；S5、在球形顶盖(2)上端安装过隧道法兰(3)并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接。2.根据权利要求1所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：底座(7)上端安装锁紧机构(4)，且锁紧机构(4)与球形顶盖(2)、异形过渡环(1)均同轴设置，球形顶盖(2)的下端内圈和异形过渡环(1)的上端内圈均位于锁紧机构(4)外围。3.根据权利要求2所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：锁紧机构(4)包括多个焊接垫板(41)，且多个焊接垫板(41)在底座(7)上端呈圆形排布，两两焊接垫板(41)之间设置补偿垫板(42)，补偿垫板(42)为楔形结构，补偿垫板(42)的下端位于两两焊接垫板(41)之间，补偿垫板(42)的大端铰接至第一连杆(43)，第一连杆(43)的另一端铰接至第一直线驱动器(44)的活动杆，第一直线驱动器(44)外围固定安装至底座(7)上。4.根据权利要求2所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：底座(7)上安装第二直线驱动器(21)，第二直线驱动器(21)的活动杆固定连接至膜胎(22)下端，且第二直线驱动器(21)位于锁紧机构(4)内圈，球形顶盖(2)安装至膜胎(22)外围，第二直线驱动器(21)通过膜胎(22)带动球形顶盖(2)升降。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：马康，白景彬，宋建岭，刘含伟，孙转平，赵英杰，朱悦宏，李超，韩国良，朱亚蓉，常耀卿，史朝军，张鑫，孟占兴，王宁，张睿博，刘旺，李洋，
申请(专利权)人：天津航天长征火箭制造有限公司，
类型：发明
国别省市：