[发明专利]一种5米直径球形箱底装配焊接形位尺寸控制方法

说明书

本发明提供了一种5米直径球形箱底装配焊接形位尺寸控制方法，包括在大端环缝装配和小端环缝装配环节均使用反变形的方法抵消焊接带来的收缩和凹陷变形的步骤。本发明所述的5米直径球形箱底装配焊接形位尺寸控制方法，在环缝装配焊接时，采用了垫高焊接对合处，预留变形量的方式，控制了两条环缝焊接所带来的形位尺寸变化，从而控制了整个箱底的形位尺寸。

技术领域

本发明属于火箭贮箱焊接技术领域，尤其是涉及一种5米直径球形箱底装配焊接形位尺寸控制方法。

背景技术

5m直径箱底呈半球形，是新一代运载火箭燃料贮箱的重要结构件，箱底尺寸大，刚性弱，由8块瓜瓣、1个顶盖、1个过渡环拼焊而成，如图1a和图1b所示。根据不同贮箱结构的需求，不同箱底的壁厚不同，焊缝两侧的母材区域为焊接区，厚度范围是3-10mm。

箱底的顶盖和过渡环按照图纸尺寸机械加工，精度高，而瓜瓣是钣金成型件，四周尺寸无法得到有效控制，所以在加工时在瓜瓣四周留有余量，在箱底装配焊接时，再将余量铣切至图纸尺寸，完成零件间的拼焊工作。

箱底的装配焊接过程是在专用的设备上进行的，首先将瓜瓣装配至纵缝模胎上，调整好装配位置，四周焊接区内侧与模胎贴合无间隙，外侧使用气动琴键、气动侧压和手动压钳装置压紧瓜瓣四周位置，只留有两侧焊接端悬空在外，运行铣切机构，铣切瓜瓣两侧余量至图纸理论尺寸，通过设备模胎移动，将待焊的两块瓜瓣焊接端对合，保证焊接对合端的间隙不大于0.2mm，错边不大于0.2mm，对合处背面悬空，焊枪在正面进行焊接，焊接过程采用氦气保护的直流打底TIG焊和氩气保护的脉冲交流盖面TIG焊，使用相同的方法再装配、铣切和焊接其它瓜瓣，最后将8块瓜瓣拼焊成圆环。

将圆环、过渡环和顶盖装配至另一台专用设备上，首先，将过渡环放置在环缝设备平台上，使用24个螺杆压片固定过渡环，再将瓜瓣圆环吊装至环缝模胎上，焊接区内侧与环缝模胎贴合无间隙，外侧使用气动琴键装置压紧圆环，最后装配顶盖至模胎顶部，并使用压盘压紧。铣切圆环大端和小端的余量至图纸理论尺寸，通过环缝模胎移动，将圆环大端与过渡环对合，圆环小端与顶盖对合，保证焊接对合端的间隙不大于0.2mm，错边不大于0.2mm，对合处背面悬空，焊枪在正面，焊接过程采用氦气保护的直流打底TIG焊和氩气保护的脉冲交流盖面TIG焊，完成大端环缝和小端环缝的焊接，拆卸工装，箱底下架。

圆环由8块瓜瓣拼焊而成，瓜瓣两侧的余量铣切后，通过设备移动，瓜瓣侧面对合在一起焊接。瓜瓣对合处经过电弧热量熔化后又冷却凝固，形成焊缝，该过程会产生一定的焊接收缩，垂直焊缝方向的母材尺寸会缩短，如图2所示。瓜瓣圆环上8条焊缝产生的焊接收缩量累计，进一步增加收缩量，使瓜瓣圆环任意位置的周长均产生减小，圆环大端周长的减小量最大，3-10mm不同厚度的圆环大端的周长减小量在15-30mm，工件(也即瓜瓣)越厚，焊接收缩量越大，周长变化越大，影响箱底形位尺寸，不能满足设计要求。同时，周长尺寸超差的瓜瓣圆环在与过渡环、顶盖拼焊时，周长尺寸匹配困难，无法保证焊接质量。

瓜瓣圆环与过渡环、顶盖的焊接同样存在焊接收缩现象，由于5m大直径箱底结构刚性较弱，焊接收缩除了导致垂直焊缝方向的尺寸减小，收缩力还向箱底圆心方向产生作用力，导致大端环缝和小端环缝向型面内侧凹陷变形，箱底的实际型面与理论型面不符，影响了箱底的形位尺寸，如图3所示。3-10mm不同厚度的产品，大端环缝处最大位置的凹陷量范围是2-5mm，小端环缝处最大位置的凹陷量范围是7-10mm，箱底实际高度比理论高度低10-15mm，工件(也即瓜瓣)厚度越大，变形量越大。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种5米直径球形箱底装配焊接形位尺寸控制方法，以克服现有技术的缺陷，在环缝装配焊接时，采用了垫高焊接对合处，预留变形量的方式，控制了两条环缝焊接所带来的形位尺寸变化，从而控制了整个箱底的形位尺寸。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：