一种小直径大壁厚管状环焊缝成型方法技术

本发明专利技术提供了一种小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，包括以下步骤：将待焊接的两个导管环段进行装夹和定位，使得两个导管环段对接部位的轴向间隙和径向错边量满足焊接要求；通入氩气进行保护，采用自动脉冲TIG氩弧焊对对接部位的底部进行打底焊接；待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动直流TIG氩弧焊进行填充焊接，沿焊缝宽度方向摆动焊接；待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动直流TIG氩弧焊或自动脉冲氩弧焊进行盖面焊接，在盖面焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；根据预设的焊接顺序完成所有导管环段的焊接。本发明专利技术有效提高了液体火箭发动机点火导管的焊接效率，降低了变形量，提升了焊接质量和焊接一致性。焊接一致性。焊接一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种小直径大壁厚管状环焊缝成型方法


[0001]本专利技术属于火箭发动机制造
，特别涉及一种小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，用于液体火箭发动机点火装置用点火导管的装配焊接。

技术介绍

[0002]对于采用液氧/烃、液氧/液氢等非自燃双组元推进剂的液体火箭发动机，需由点火装置(也称为点火器)提供初始点火热源使非自燃推进剂点火燃烧，常用点火器类型有化学点火器、固体火药点火器和电点火器。化学点火器的点火剂用量少，启动点火可靠，在飞行中能够保证发动机的多次启动。化学点火在多种液氧/煤油发动机中得到了应用，如苏联的RD
‑
120、RD
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170、RD
‑
180和RD
‑
190及美国“土星”5号运载火箭F
‑
1发动机等液氧煤油发动机中。
[0003]以液氧、煤油为推进剂的液体火箭发动机常用的点火技术是利用能与气氧自燃的起动燃料，在一定压力下起动燃料先进入燃烧室与进入的气相的氧自燃点火，并将随后进入的煤油和液氧点燃，可用于第一级、第二级火箭发动机的起动。启动燃料可以贮存在燃烧室前燃料管路上的密封容器(点火导管)内，通过两个膜片密封。当打开燃料主阀时，主燃料沿管路流动充填，在一定压力下，点火导管的两个膜片先后破裂，启动燃料首先进入燃烧室和氧化剂自燃点火。利用启动燃料与氧化剂的燃烧产物，使随后进入的主燃料与氧化剂点火燃烧。点火剂采用85％的三乙基硼(C2H5)3B和15％的三乙基铝(C2H5)3Al组成，是易燃易爆的危险化学品，点火导管各焊缝耐压强度、密封性要求高。
[0004]点火导管加注好点火剂后要进行长期储存，采用全焊接结构，点火导管各条焊缝按照QJ1842
‑
95《结构钢、不锈钢熔焊技术条件》I级标准要求评判焊缝质量，X光检查焊缝质量，应符合I级要求，各焊缝密封性氦质谱检漏，漏率值应不大于5
×
10
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8Pa
·
m3/s，焊缝工作承受液体压力65MPa，极限工况液压破坏液体压力不小于90MPa。点火导管在发动机组合件装配时，都是在事先预留点火导管样件位置进行装配，通常一台地面试车发动机会多次点火试车，要求点火导管形位尺寸一致性好，具有好的互换性，便于更换，减少装配应力引起的发动机结构变形。点火导管形位要求尺寸629
±
1mm、103
±
0.5mm。
[0005]目前制造过程中存在以下问题：点火导管外壁有8条环焊缝，各连接处母材管径小，壁厚大，壁厚为3mm～6mm，材料1Cr21 Ni5Ti、S
‑
06钢，目前采用手工氩弧焊、多层填丝焊接方法，生产效率低，不易实现焊接过程工艺量化控制。手工氩弧焊接操作者手法不同，引起点火导管每处焊缝焊接热输入线能量差异大、热变形收缩量不一致现象，导致焊接质量一致性差，焊后点火导管长度值散差大，发动机装配应力问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，能够有效提升小直径大壁厚管状部件的焊接效率和焊接质量。
[0007]本专利技术的技术解决方案是：
[0008]小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，用于对火箭发动机点火导管的多个导管环段的焊接，包括以下步骤：
[0009](1)将待焊接的两个导管环段进行装夹和定位，使得两个导管环段的对接接头处于水平施焊位置，且对接接头的的轴向间隙、径向错边量和径向跳动量满足焊接要求；
[0010](2)根据对接接头的结构形式、对接接头两端母材的材料以及对接接头的外径和壁厚，确定焊接工序和焊接工艺参数；若对接接头为对接结构，进入步骤(3)；若对接接头为锁底对接结构，进入步骤(4)；
[0011](3)采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊对对接接头的底部进行打底焊接，完成打底焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流或脉冲TIG氩弧焊在打底焊缝的基础上进行盖面焊接，在盖面焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；
[0012](4)采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊对对接接头的底部进行打底焊接，完成打底焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流TIG氩弧焊在打底焊缝的基础上进行填充焊接，在填充焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；完成填充焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流TIG氩弧焊在填充焊缝的基础上进行盖面焊接，在盖面焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；
[0013](5)根据预设的焊接顺序依次完成所有导管环段的焊接。
[0014]优选的，所述步骤(1)中，对接接头的轴向间隙焊接要求为：对接接头的轴向间隙分布均匀，若对接接头为锁底对接结构，轴向间隙要求为1.6
±
0.3mm；若对接接头为对接结构，轴向间隙不大于0.2mm。
[0015]优选的，所述步骤(1)中，对接接头的径向错边量要求为：对接接头的径向错边量分布均匀，且径向错边量不大于0.2mm；对接接头的径向跳动量要求不大于0.8mm。
[0016]优选的，所述设定温度值为60℃。
[0017]优选的，所述步骤(3)中，若对接接头的壁厚小于等于3mm，盖面焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊；若对接接头的壁厚大于3mm，盖面焊接采用自动热丝直流TIG氩弧焊。
[0018]优选的，对于两端母材材料分别为S
‑
06钢和S
‑
06钢，外径32mm，壁厚为3mm的对接结构的对接接头，打底焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊，工艺参数为：电流基值50
±
5A，基值时间0.2s，焊接电流峰值115
±
15A，峰值时间0.2s，电弧电压11
±
2V，电弧电压跟踪电流峰值，焊接速度100
±
20mm/min，填丝过程的热丝电流30
±
10A；
[0019]盖面焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊，工艺参数为：焊接电流基值55
±
5A，基值时间0.2s，焊接电流峰值110
±
10A，峰值时间0.2s，电弧电压11
±
2V，电弧电压跟踪电流峰值，焊接速度100
±
20mm/min，送丝速度400mm/min～450mm/min，填丝过程的热丝电流30
±
10A，摆动宽度1mm～2mm，单程摆动及两侧停留时间均为0.2s。
[0020]优选的，对于两端母材材料分别为S
‑
06钢和S
‑
06钢，外径70mm，壁厚为4mm的对接结构的对接接头，打底焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊，工艺参数为：电流基值100
±
10A，基值时间0.2s，焊接电流峰值195
±
15A，峰值时间0.2s，电弧电压11
±...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，用于对火箭发动机点火导管的多个导管环段的焊接，包括以下步骤：(1)将待焊接的两个导管环段进行装夹和定位，使得两个导管环段的对接接头处于水平施焊位置，且对接接头的的轴向间隙、径向错边量和径向跳动量满足焊接要求；(2)根据对接接头的结构形式、对接接头两端母材的材料以及对接接头的外径和壁厚，确定焊接工序和焊接工艺参数；若对接接头为对接结构，进入步骤(3)；若对接接头为锁底对接结构，进入步骤(4)；(3)采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊对对接接头的底部进行打底焊接，完成打底焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流或脉冲TIG氩弧焊在打底焊缝的基础上进行盖面焊接，在盖面焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；(4)采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊对对接接头的底部进行打底焊接，完成打底焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流TIG氩弧焊在打底焊缝的基础上进行填充焊接，在填充焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；完成填充焊接后，待焊缝的温度下降至设定温度值以下，采用自动热丝直流TIG氩弧焊在填充焊缝的基础上进行盖面焊接，在盖面焊接过程中，沿焊缝宽度方向进行摆动焊接；(5)根据预设的焊接顺序依次完成所有导管环段的焊接。2.根据权利要求1所述的小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对接接头的轴向间隙焊接要求为：对接接头的轴向间隙分布均匀，若对接接头为锁底对接结构，轴向间隙要求为1.6
±
0.3mm；若对接接头为对接结构，轴向间隙不大于0.2mm。3.根据权利要求1所述的小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对接接头的径向错边量要求为：对接接头的径向错边量分布均匀，且径向错边量不大于0.2mm；对接接头的径向跳动量要求不大于0.8mm。4.根据权利要求1所述的小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，所述设定温度值为60℃。5.根据权利要求1所述的小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，所述步骤(3)中，若对接接头的壁厚小于等于3mm，盖面焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊；若对接接头的壁厚大于3mm，盖面焊接采用自动热丝直流TIG氩弧焊。6.根据权利要求1所述的小直径大壁厚管状环焊缝成型方法，其特征在于，对于两端母材材料分别为S
‑
06钢和S
‑
06钢，外径32mm，壁厚为3mm的对接结构的对接接头，打底焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊，工艺参数为：电流基值50
±
5A，基值时间0.2s，焊接电流峰值115
±
15A，峰值时间0.2s，电弧电压11
±
2V，电弧电压跟踪电流峰值，焊接速度100
±
20mm/min，填丝过程的热丝电流30
±
10A；盖面焊接采用自动热丝脉冲TIG氩弧焊，工艺参数为：焊接电流基值55
±
5A，基值时间0.2s，焊接电流峰值110
±
10A，峰值时间0.2s，电弧电压11
±
2V，电弧电压跟踪电流峰值，焊接速度100
±
20mm/min，送丝速度400mm/min～450mm/min，填丝过程的热丝电流30
±...

【专利技术属性】
技术研发人员：武绍旺，杨生旭，邓全得，郭叶，唐兄彬，李城，张克威，
申请(专利权)人：西安航天发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：