[发明专利]一种封闭环缝法兰低应力控形装配焊接方法

说明书

本发明提供了一种封闭环缝法兰低应力控形装配焊接方法，包括如下步骤，将单独瓜瓣放置到瓜瓣膜胎中，且将单独瓜瓣下侧与瓜瓣膜胎形面压紧贴合；通过冷冻待装配推力环法兰将其外径缩小后，将推力环法兰装配至所述开孔内，在瓜瓣膜胎上端安装瓜瓣压紧机构，待装配推力环法兰与压紧机构之间不接触；在搅拌摩擦焊接设备上安装定位搅拌头进行段定位后，在所述设备上安装正式焊接搅拌头对待装配推力环法兰环缝焊接。本发明所述的一种封闭环缝法兰低应力控形装配焊接方法，通过低温液氮浸泡热胀冷缩原理装配推力环法兰与单独瓜瓣，依靠两者装配后的变形应力抵消推力环法兰焊接收缩带来的焊缝内部应力，从而控制推力环法兰在焊接后的变形。

技术领域

本发明属于运载火箭制作领域，尤其是涉及一种封闭环缝法兰低应力控形装配焊接方法。

背景技术

如图1所示，我国载人登月运载火箭三级铝锂合金贮箱后底3采用了推力环结构，主要由单独瓜瓣4、过度环、标准法兰2和推力环法兰1拼焊而成，其中单独瓜瓣4数量是8个，每个半径均为R2776.8mm、角度均为45°，标准法兰2包括3件焊边直径为Φ300mm法兰盘和2件焊边直径为Φ740mm法兰盘，推力环法兰1的数量是6个，该贮箱后底3与Φ5000mm直径球底结构最大的不同有以下两点：(1)现役CZ-5型号Φ5000mm运载火箭贮箱箱底一般有3-5件法兰盘结构，该贮箱后底3增加了6件在同一个分布圆直径上的推力环法兰1，法兰数量增加到11件；(2)推力环法兰1与现役型号法兰盘最大的不同点是：如图2-3所示，该型号6件推力环法兰1均未带中心孔，其他另外5件标准法兰2以及现役型号法兰均带有不同直径的中心孔。

法兰盘焊缝是箱底主要焊缝之一，目前工艺对焊缝质量要求较高，其焊接质量直接影响箱底的质量与形位尺寸。若法兰盘焊后有缺陷，补焊后矫形大，矫形效果不好，导致法兰盘的形位尺寸超差，而且影响圆环的装配质量。同时矫形效果不好的瓜瓣组件焊接圆环时在瓜瓣纵缝焊接模胎上的贴胎效果不好，影响箱底焊后的形位尺寸，成箱后测量法兰盘和箱底的形位尺寸均有超差，因此这就对法兰盘装配焊接质量提出了更高的要求。

目前带有中心孔的法兰装配焊接方法是：在单个瓜瓣状态下采用0.1-0.3mm的小过盈量装配利用中心立柱进行装配和压紧，同时采用熔焊焊接工艺进行焊接，主要工艺流程为：首先由钣金车间进行瓜瓣成型并由机加车间完成瓜瓣开孔工作；然后由焊接车间对瓜瓣和法兰进行手工小过盈量验合并装配瓜瓣，装配效果达到工艺要求后采用自动钨极氩弧焊工艺焊接法兰盘环缝；最后对瓜瓣组件与法兰环缝进行校形处理，确保瓜瓣与法兰型面均匀一致后送X光透视，焊缝经无损检测无需补焊合格后交付瓜瓣纵缝焊接工位进行圆环焊接，而无中心孔法兰的装配焊接目前为首次采用此结构，目前尚未有关于无中心孔法兰装配焊接的先例。

现有技术中对单独瓜瓣4与推力环法兰1装配焊接工艺方法来看，主要存在以下缺点：(1)该装配焊接工艺方法虽然可以完成带有中心孔的小直径法兰装配焊接，但焊接后有翘曲变形的现象，虽然可以通过加热后人工敲打焊缝母材的方式将变形区域校形到设计要求的正常曲面位置，但是该方法在装配焊接时的一个弊端是必须要通过中心轴来装配法兰以及瓜瓣的压紧工装，而该推力环后底法兰设计结构已经取消中心孔，意味着无法通过穿中心轴的方式来完成瓜瓣与法兰的压紧工作，因此采用现在的装配工艺方法已经不能适用于推力环结构法兰的装配工作。

(2)该贮箱后底3中有11件法兰均需要在瓜瓣状态下进行装配焊接，如果继续采用熔焊工艺，那么带来的结果就是每一块瓜瓣在焊接完法兰后均会发生不同程度的翘曲变形现象，若焊接接头存在缺陷，补焊后矫形难度就更大，因此虽然采用熔焊工艺可以完成法兰焊接，但在进一步提升法兰盘焊接接头性能、减少焊接缺陷以及减小其焊接后变形量这三方面上能力稍显不足。目前可以采用接头性能高，焊接变形小的搅拌摩擦焊接工艺进行焊接，但从设计对于法兰的布局结构来说，单块瓜瓣上至少有2件法兰需要装配焊接，且法兰与法兰间距较近，因此无论是有中心孔法兰还是无中心孔法兰，采用目前常规的小过盈量人工装配方法显然已经不能满足薄壁瓜瓣与法兰焊接后对于型面要求的控制。

发明内容