[发明专利]一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于运载火箭贮箱制造方法，具体涉及到一种进行大直径贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置。

背景技术

搅拌摩擦焊技术作为一项新型固相焊接技术，由于其具有接头质量高、焊接缺陷少、焊接过程绿色无污染等特点，已经开始逐步应用于世界各宇航机构的运载火箭铝合金贮箱制造中，从筒段、箱底直至总装环缝。虽然该技术具有诸多技术优势，但是在实际工程应用中在所难免会产生焊接缺陷，例如：孔洞、沟槽、未焊透等。因此欲实现该技术在产品上的大规模推广应用，必须考虑出现焊接缺陷后如何进行补焊。从产品结构、体积、装配难度等角度来看，由于筒段、箱底的体积较小，容易保证装配精度，因此可以考虑将产品恢复到原装配状态通过再次搅拌摩擦焊接的方法消除焊接缺陷。但是贮箱总装环缝的体积较大、装配难度大，一旦拆除相应的内撑、外压工装后或者产品下架后才发现存在焊接缺陷，将难以恢复到原状态通过再次搅拌摩擦焊接的方法进行补焊。而通过熔焊工艺进行搅拌摩擦焊缺陷的修补又会造成性能下降过多，甚至出现贯穿性裂纹。因此成箱状态下的总装环缝发现焊接缺陷后如何进行高质量、高性能的补焊是一个必须考虑的实际工程问题。

发明内容

本发明提出了一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置，其解决总装环缝发现焊接缺陷后的补焊问题，补焊过程稳定、可靠。

实现本发明目的的技术方案：一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其包括床头箱、床尾箱、贮箱支撑机构一、贮箱支撑机构二、抱环、内撑杆组；其中，床头箱、抱环和床尾箱并排设置，抱环位于在床头箱和床尾箱之间，使得焊接的贮箱筒段两端分别安装在床头箱和床尾箱上，贮箱筒段穿过抱环；在贮箱筒段下方、抱环与床头箱之间设置贮箱支撑机构二；在贮箱筒段下方、抱环与床尾箱之间设置贮箱支撑机构一；

在抱环的正上方固定补焊主机，在位于此抱环处的贮箱筒段内部存在焊接缺陷的位置处放置杆系结构的内撑杆组；该内撑杆组包括中心杆轴以及设置在中心杆轴外围一圈的6根杆轴，这6根杆轴均与中心杆轴通过梁固定连接；在中心杆轴的两端分别连接焊接垫板，两块焊接垫板分别接触贮箱筒段的内壁；该中心杆轴承受焊接顶锻压力，通过中心杆轴将力传递到抱环下方；所述的焊接垫板中心处开有中心孔，在中心孔下方开设1个通孔。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其所述的焊接垫板的中心孔为带倒角边结构，并且焊接垫板的中心孔直径大于补焊主机的摩擦塞棒小端直径。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其所述的内撑杆组的中心杆轴与焊接垫板为螺纹连接结构，通过该结构实现焊接垫板在贮箱筒段径向方向上的调整。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其所述的内撑杆组的中心杆轴比外围的6根杆轴粗。

本发明所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其包括如下步骤：

(a)在发现贮箱筒段的搅拌摩擦焊总装环缝存在焊接缺陷后，首先将焊接的贮箱筒段安装在床头箱和床尾箱之间；贮箱筒段穿过抱环，且贮箱筒段的焊接缺陷位于抱环处；补焊主机固定在抱环的正上方；

(b)在补焊主机上安装铣刀，在贮箱筒段上、存在缺陷的焊缝位置处开1个通孔，在贮箱筒段内部、存在焊接缺陷位置处设置内撑杆组；

(c)然后在补焊主机上安装定位销，该定位销依次穿过贮箱筒上存在缺陷的焊缝位置处开的通孔、以及内撑杆组的焊接垫板底部的通孔，实现定位销、贮箱筒段上的通孔、焊接垫板上的通孔同心；再将焊接垫板与贮箱筒段内壁紧密接触；

(d)拆除定位销；在补焊主机上安装1个摩擦塞棒，补焊主机的主轴带动摩擦塞棒高速旋转，同时摩擦塞棒快速进给，直至摩擦塞棒与贮箱筒段上的通孔相接触；然后在一定的摩擦压力、摩擦塞棒进给速度下，摩擦塞棒与贮箱筒段上的通孔产生充分的摩擦生热和塑性变形；补焊主机的主轴急停，主轴以轴向顶锻压力施加在摩擦塞棒上一定时间，以获得高质量的焊接接头。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其所述的补焊主机的主轴带动摩擦塞棒高速旋转的速度为2500～4500r/min；摩擦塞棒进给速度为150～180mm/min；摩擦压力为30～55KN；摩擦塞棒与贮箱筒段上的通孔接触后的补焊主机(6)的主轴位移量为1.5～3.5mm。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其所述的补焊主机的主轴急停时间为0.2s。

如上所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其所述的摩擦塞棒为4～8mm厚铝合金摩擦塞棒。