[发明专利]航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法

说明书

本发明提供一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，主要包括：贮箱薄壁筒体零件、半球形封头零件的电子束熔丝成形制造，筒体和封头零件机加工、筒形贮箱电子束焊接。首先采用钛合金丝材进行零件电子束熔丝成形工艺试验，获得优选的成形工艺参数；其次，进行筒形贮箱零件的电子束熔丝成形制造；接着，进行零件的机加工、热处理；最后，进行筒形贮箱零件的真空电子束焊接。本发明还提供一种薄壁筒形贮箱的电子束焊接工装，该装置主要通过阶梯膨胀内衬与前、后锥盖的配合实现内衬的胀紧和收缩，对待焊筒体进行刚性支撑，保证薄壁筒体的焊后同轴度满足要求，保证筒体焊缝背面无飞溅，提高薄壁筒形贮箱的焊缝成形质量。

技术领域

本发明属于航天贮箱制造、电子束焊接技术领域，特别是一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法。

背景技术

随着航空航天的不断发展，对筒形燃料贮箱提出了轻质、高排放率的要求，以提高燃料的利用率。钛合金相对传统的防锈铝合金，具有比强度、比刚度高，耐蚀性好的优势，已逐渐被用于筒形燃料贮箱的研制中。

钛合金筒形燃料贮箱内腔装填燃料，通过筒体内部活塞的单向运动实现燃料的排出。为了确保贮箱内燃料的利用率，要求筒体内壁与活塞间尽可能无间隙，因此，对筒体内壁粗糙度和圆度要求高。但是，现有加工条件无法满足此类薄壁大长径比筒体的整体机加工，需要采用分段加工+筒体焊接的方法制造。

传统薄壁筒形钛合金贮箱常采用的制造方法主要有：直径较小的筒形贮箱一般采用圆棒整体机加工+焊接，组装成较长的贮箱筒体；尺寸较大的筒形贮箱一般采用热冲压(旋压)后机加工+焊接，组装成贮箱筒体。上述两种制造方法均需要去除大量原材料，材料利用率极低，且加工周期长、生产成本高。电子束熔丝成形技术具有熔敷金属效率高，质量好等优点，可用于薄壁筒形贮箱零件的制造。

此外，由于采用零件精加工后再焊接，对壁厚≤3mm的中薄壁筒体零件焊接，如采用普通熔化焊，由于热输入大，焊接热源能量密度低，将导致筒体焊后变形大，尺寸精度难以控制。真空电子束焊接具有能量密度高、热输入小、焊缝变形小的优点，适用于此类薄壁筒形贮箱的焊接。但是，真空电子束焊接薄壁筒体存在以下问题：筒体刚性差、焊后变形导致筒体同轴度超差以及穿透焊时背部飞溅难以清理等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电子束熔丝成形技术的航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，提高材料利用率，降低生产成本，提高生产效率，同时减小零件焊后变形，改善焊接质量。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，

建立零件模型并对模型进行切片预处理，然后进行贮箱零件的电子束熔丝成形制造：

电子束熔丝成形包括筒形零件成形和半球形零件成形，将成形零件装夹在卡盘上随轴旋转，通过调整旋转轴偏转角度避免熔池坍塌；采用工作台液冷散热装置，并在熔敷层数≥10时，采用电子束流逐层衰减的工艺，降低熔敷体热量累积；

然后对电子束熔丝成形后的零件进行真空热处理、机加工，保证零件的最终加工尺寸；

进行筒形贮箱零件的真空电子束焊接：

加热大直径待焊筒体焊口部位，将小直径待焊筒体零件插入大直径筒体零件止口部位，点焊固定两段筒体零件和半球形零件形成筒形贮箱零件；通过内衬工装将筒形贮箱零件胀紧后进行真空电子束焊接。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)采用传统圆棒机加工方法制造薄壁筒形贮箱生产周期长、材料去除率高，且成本高昂，本发明借助电子束熔丝成形+精密机加工+真空电子束焊接技术，提出了航天器薄壁筒形贮箱的真空电子束制造方法，生产周期大幅缩短，特别适用于航天器贮箱小批量多型号快周转的科研生产现状。