[发明专利]一种液氨储存箱焊接工装及其焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于压力容器焊接方法及工装，具体涉及一种液氨储存箱焊接工装及其焊接方法。

背景技术

液氨储存箱是某小卫星的姿控系统的液氨存储容器，它负责在太空中长期存储调节卫星姿态的液态氨，如图1和图2所示，液氨储存箱由上下两个完全相同的半椭球型壳体采用激光焊接成型，半椭球型壳体对接焊缝为环向焊缝，由第一圆弧焊缝AA、第二圆弧焊缝BB、第三圆弧焊缝CC、第四圆弧焊缝DD四段圆弧焊缝首尾相连接组成，其中，第一圆弧焊缝AA、第三圆弧焊缝CC的圆弧半径为r1；第二圆弧焊缝BB、第四圆弧焊缝DD的圆弧半径为r2，r1为28mm～32mm，r2为205mm～210mm；

半椭球型壳体采用TC4钛合金制成，要求焊后焊缝无裂纹、保证在压力5MPa不发生泄露、爆破，焊后变形小于0.5mm。由于焊缝为不规则的变半径的异性构件，同时要求较高的焊接精度和强度，控制其焊接精度和焊缝质量稳定性对于卫星在太空中的安全、稳定的运行起着至关重要的作用。

前期公司不采用焊接工装，将两个完全相同的半椭球型壳体相对，固定后，移动激光焊枪进行焊接，由于产品尺寸较小，曲率半径变化较大，现有焊接设备运行时，焊枪到液氨储存箱表面的距离不一致，在相同的焊接功率和速度条件下使得焊缝的热输入不一致，从而使得焊缝熔深、熔宽不一致，有的焊缝能量不足未完全焊透而有的焊缝能量太大使的熔深、熔宽过大，背面焊瘤很大，也导致产品变形不对称，焊接变形超出设计要求。

发明内容

本发明提供一种液氨储存箱焊接工装，同时提供利用其焊接液氨储存箱的方法，解决现有同类型钛合金液氨储存箱焊接精度差、焊缝熔深、熔宽不一致问题，焊接的产品一致性好、精度高。

本发明所提供的一种液氨储存箱焊接工装，包括支撑架、多件弧面夹块和螺杆，其特征在于：

所述支撑架由一体的底座、左横梁和右横梁组成，所述底座为柱体，左横梁和右横梁垂直固连于底座左右两侧，左横梁和右横梁的中轴线重合，且左、右横梁上表面与底座的顶面共面；所述左横梁上表面具有垂直连通底面的左通孔，左通孔的轴心到底座中轴线距离r1，右横梁上表面具有垂直连通底面的右通孔，右通孔的轴心到底座中轴线距离为r2，r1为28mm～32mm，r2为205mm～210mm；

所述弧面夹块为金属块，由顶面、底面、前侧面、后侧面、左侧面和右侧面构成矩形六面体，其顶面加工为凹弧面，该凹弧面与液氨储存箱上表面凸弧面能完全拟合，在顶面的中心具有垂直连通底面的连通孔；所述底面为矩形，前侧面和后侧面对应底面的长边，左侧面和右侧面对应底面的短边；

所述左通孔、右通孔和连通孔的孔径相同；

所述螺杆为一金属杆件，其直径与所述连通孔的孔径相匹配，螺杆两端均加工有外螺纹，用于和螺母配合；

使用时，两件弧面夹块为一组，凹弧面相对，将拼装好的待焊接部件夹于其中，并用所述螺杆穿过支撑架的左横梁或右横梁进行固定；或者在支撑架的左横梁和右横梁上分别通过螺杆固定一组弧面夹块，每组弧面夹块均夹有拼装好的待焊接部件。

构成所述支撑架的底座、左横梁和右横梁上，所有锐边可以倒圆角。

利用所述液氨储存箱焊接工装的液氨储存箱焊接方法，包括半椭球型壳体加工步骤、装配步骤、示教编程步骤、激光定位焊步骤、激光连续焊接步骤，其特征在于：

A、半椭球型壳体加工步骤：

首先使用数控加工两件形状、尺寸完全相同的半椭球型壳体，并在半椭球型壳体底部中心加工加注孔，在其中一件半椭球型壳体侧面加工测压孔，保证产品壁厚和行为公差符合要求；

然后用干净棉布擦除成型后的两件半椭球型壳体表面的油污，再用细砂纸打磨去除表面的氧化皮直到表面呈现光亮的金属光泽，打磨后采用混合酸溶液对半椭球型壳体浸泡3min～5min以去除残留的氧化皮，浸泡后用清水清除残留酸液，再用超声波清洗设备对半椭球型壳体进行清洗，清洗晾干待用；

B、装配步骤：