[发明专利]一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法

说明书

本发明提供了一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，包括在形成封闭的贮箱之前，先在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔并焊接法兰的步骤。本发明所述的5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，贮箱筒段开孔由整箱状态下手工开孔改进为单个筒段状态下机械开孔，开孔精度提高，为后续保证焊接质量和减小焊接变形奠定了基础。

技术领域

本发明属于火箭燃料贮箱焊接技术领域，尤其是涉及一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法。

背景技术

新一代运载火箭承担着探月和深空探测的任务，燃料贮箱直径为Ф5000mm，用于燃料的加注、贮存、输送并承受箭体飞行过程中全部的结构载荷。贮箱由两个半球型箱底和中间若干筒段拼焊而成，箱底和筒段的厚度在3-10mm范围内，加注燃料、输送燃料等功能的实现需要在箱底或中间筒段上开孔进行法兰的焊接，一般情况，法兰都是分布在箱底结构上，但由于结构需求，部分法兰分布在筒段上，需要在中间筒段的特殊指定位置装配焊接若干法兰，法兰呈“工”字型，“工”字型下端与筒段开孔处对接焊接，法兰焊接端直径为100-300mm，焊接区厚度与筒段厚度相同，整体结构如图1所示。通常燃料贮箱的装配焊接顺序一般先将第一个箱底和第一个筒段对合焊接，再将第一个筒段与第二个筒段对合焊接，以此类推，直至将所有筒段对合焊接完毕，然后将另一个箱底与最后一个筒段对合焊接，形成封闭的贮箱，贮箱焊接完成后，在筒段上手工开孔，搓修开孔尺寸与法兰配合，使用工装固定法兰和筒段的待焊部位，手工完成焊接。

筒段结构大、壁薄、刚性弱，如果采用在外部机械开孔，筒段内侧为封闭的空间，无法安装筒段内撑装置，整个贮箱也很难实现装卡，进而无法完成机械开孔，只能采用手工开孔。而手工开孔的过程是，先使用钻头整圈打孔，取下中间的余料，再用钻头和刮刀修整开孔圆内侧尺寸，精度很难保证，开孔圆度最大差值可达1mm，导致法兰与筒段开孔处对合时的装配条件较差，影响焊接质量，焊缝易出现应力集中，进而导致贮箱承载失效风险。

此外，手工焊接受焊工技能影响较大，焊接质量波动性大。焊缝属于封闭的环形焊缝，结构受力复杂，手工焊接过程中，焊缝受力不均匀，焊接接头的拘束度较大，焊后产生的残余应力也较大，导致该处焊缝附近变形较大，进而影响了法兰在该处的形位尺寸，导致后续对接管路的工作难于实现。

同时，焊接热输入得到有效控制后，焊缝附近变形量较小，但该变形仍然目视可见。焊缝的残余应力是无法避免的，该力会让筒段上靠近焊缝的地方出现翘曲变形，变形区距离筒段边缘较近，进而影响了筒段边缘的圆度，在后续筒段与筒段对接焊时，影响装配质量，无法保证焊接质量，变形的实际型面与理论型面的差值达5-10mm。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，以克服现有技术的缺陷，贮箱筒段开孔由整箱状态下手工开孔改进为单个筒段状态下机械开孔，开孔精度提高，为后续保证焊接质量和减小焊接变形奠定了基础。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种5米直径筒段法兰的装配焊接及形位尺寸控制方法，包括在形成封闭的贮箱之前，先在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔并焊接法兰的步骤。

优选的，在需要焊接法兰的单个目标筒段进行机械开孔的方法为：将筒段放置在平台上，呈平躺姿态，使用内撑装置将筒段撑圆，使用铣刀在筒段外侧的指定位置开孔；

优选的，开孔时，采用先在指定位置开设比目标孔径小一定长度范围的孔，再逐步向外扩大铣切直径，直至达到目标开孔直径为止的方法。

优选的，内撑装置采用中国发明专利申请CN201510065305.5公开的5M级贮箱封箱环缝内撑装置。

优选的，使用内撑装置将筒段撑圆的标准为将筒段内侧撑紧，保证筒段外侧整圈圆度在0.2mm以内。

优选的，焊接法兰的方法包括以下步骤：