[发明专利]一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明提供了一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：S1、通过空间曲线焊接轨迹拟合方法对大直径球冠箱底纵缝进行焊接轨迹拟合；S2、通过工艺方法对大直径球冠箱底纵缝进行焊接；S3、通过风险控制方法对浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接进行风险控制。本发明所述的一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法，本专利在筒段纵缝浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接的基础上进行了结构和工艺的优化升级，使其适用于5m直径运载火箭燃料贮箱球冠箱底纵缝的焊接，填补了大直径球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接技术空白，彻底解决了熔焊焊接存在的固有问题，提高了产品的焊接质量。

技术领域

本发明属于航天设备技术领域，尤其是涉及一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

目前，我国5m大直径运载火箭燃料贮箱主要由前、后箱底，前、后短壳，若干筒段和若干法兰组焊而成，主焊缝包括筒段及短壳纵缝，箱底纵缝，箱底环缝和箱体环缝。目前，筒段及短壳纵缝采用搅拌摩擦焊接工艺进行焊接生产，箱底纵缝，箱底环缝和箱体环缝采用熔焊焊接工艺进行焊接生产。

5m大直径运载火箭燃料贮箱箱底为球冠箱底，每件箱底含8条纵缝，每条纵缝长度2500mm，纵缝内表面为R2776.8mm的弧形。箱底纵缝采用悬空TIG焊接工艺进行焊接，焊接方法为单面两层焊，即氦弧定位焊+氦弧打底焊+氩弧盖面焊。焊接过程中焊缝背面无焊漏垫板支撑，焊前对待焊缝正、反面及端面氧化膜进行刮削处理，其中定位焊和打底焊不填丝，盖面焊填丝，焊接完成后，对焊缝背部焊漏进行人工铣削。

在贮箱的生产制造中，焊缝是整个贮箱结构的薄弱环节，TIG熔焊工艺会不可避免的带来一定程度的焊接缺陷(如气孔、夹渣、微裂纹等)和焊接残余应力，同时焊缝内部微观组织也会发生较大的变化，如晶粒粗大、强化相析出、软化区宽等，相对母材，焊缝的力学性能有较大程度的下降。其存在的不足主要包括以下两个方面：

(1)TIG焊焊缝存在大量的气孔、夹渣、微裂纹等未超标或超标缺陷，这些缺陷，在后续的液压试验或长期存放过程中可能会成为裂纹源，进而威胁到产品质量。对于超标缺陷，需要进行熔焊的排补，焊缝在多次热输入的作用下，容易造成焊缝力学性能的恶化，局部应力集中加剧，给产品质量带来不良影响。

(2)TIG焊接工艺热输入较大，在焊接热循环的作用下，产品的焊接变形较大，特别是多次补焊后，产品形位尺寸精度大幅降低，导致后续环缝装配过程中出现大错边、大间隙等问题，影响焊接质量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法，以解决现有焊接方法中的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种球冠箱底纵缝的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接方法，包括以下步骤：

S1、通过空间曲线焊接轨迹拟合方法对大直径球冠箱底纵缝进行焊接轨迹拟合；

S2、通过单轴肩定位焊接+双轴肩正式焊接的工艺方法对大直径球冠箱底纵缝进行焊接；

S3、通过风险控制方法对浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接进行风险控制。

进一步的，在步骤S1中的所述空间曲线焊接轨迹拟合方法包括以下步骤：

S11、将浮动式双轴肩搅拌头安装至设备主轴，确定浮动式双轴肩搅拌头处于其滑动套最低端位置，并测量刀长A1、补偿值B1和补偿值B2；

S12、建立搅拌头行走轨迹模型，行走轨迹为大直径球冠箱底纵缝内表面；

S13、将搅拌头行走轨迹模型导入五轴联动系统，并生成焊接程序，计算刀长A1减去补偿值B1的值，并将计算结果输入至程序中；

S14、设定程序，开启焊接行走。