[发明专利]球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法

说明书

本发明提供了一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，包括如下步骤：S1、将异形过渡环装配至底座上，且对异形过渡环进行调平；S2、在底座上安装球形顶盖，并固定异形过渡环和球形顶盖的相对位置；S3、测量异形过渡环的上端周长，并对球形顶盖的大口端进行铣切，使之大口端周长与异形过渡环的上端周长相同；S4、球形顶盖的下端抵接至异形过渡环的上端并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接；S5、在球形顶盖上端安装过隧道法兰并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接。本发明所述的球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法通过一套工装同时实现了球形顶盖的原位装配、铣切、焊接一体化功能。

技术领域

本发明属于火箭球形顶盖焊接领域，尤其是涉及一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法。

背景技术

现役最大的运载火箭是长征五号，立足5000mm直径，主要用于近地轨道、地球同步转移轨道等航天器的发射任务以及空间站建设，采用液氢、液氧作为燃料，而贮箱作为燃料的承载体是火箭的核心，由前、后箱底、前、后短壳和中间筒段等部件组成，箱底是贮箱的最重要组成部分，也是整个贮箱制造中最复杂的部分，主要由过渡环、瓜瓣、分布于瓜瓣上的法兰盘和人孔法兰/顶盖拼焊而成，具有结构复杂、零件数量多、焊缝类型和条数多、刚性差、装配难度大等特点，而且为了满足全箭对接及管路的安装对箱底形位尺寸要求较高，这就对箱底高精度装配和焊接质量提出了更高的要求。5000mm直径贮箱箱底圆环前、后底分别跟人孔法兰和顶盖焊接，顶盖直径500mm，只有一条环焊缝，采用传统熔焊工艺进行焊接，然后对局部变形部位进行人工校形，焊接过程只需要一个顶盖压紧工装即可，新一代载人登月运载火箭承担着我国载人月球探测、空间站工程、火星探测等重大航天工程任务，贮箱直径为5000mm，与长征五号一致，但是高度比长征五号有较大增加，运载能力是长征五号的近3倍。而燃料贮箱是火箭的核心结构，其中结构最复杂、制造难度最大的就是箱底。

新一代载人运载火箭芯一级贮箱采用锥底结构，顶盖为异形顶盖组件，是由球形顶盖、异形过渡环和隧道法兰通过搅拌摩擦的方式拼焊而成，存在2条焊缝，分别是球形顶盖大端和异形过渡环焊缝及球形顶盖小端和隧道法兰焊缝。顶盖组件大端直径约2000mm，小端直径约1000mm,焊接区厚度达到15mm，和现有箱底顶盖相比结构更复杂、尺寸和焊接区厚度大幅增加、形位尺寸要求更严格，尤其是异形过渡环个隧道法兰平面度有较高的要求。异形顶盖组件的装配焊接对工装和焊接技术都提出了新的更大的挑战，不仅现有的顶盖压紧工装不能满足装配焊接的要求，而且常规熔焊方法由于焊接变形较大不能保证异形顶盖组件各零件之间形位尺寸精度。

要实现异形顶盖组件的焊接必需设计适应其结构特点的专用工装，此工装一方面应该具备一次装配就能实现异形顶盖组件2条焊缝焊接的功能，避免二次装配。另一方面焊接垫板应具备周长可调节功能，适应由于顶盖组件各零件周长偏差带来的焊缝周长变化。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，以解决现有技术的球形顶盖在焊接异形过渡环和过渡法兰是需要频繁拆装，影响焊接质量的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种球形顶盖与异形过渡环和隧道法兰环缝搅拌摩擦焊接方法，

包括如下步骤：S1、将异形过渡环装配至底座上，且对异形过渡环进行调平；

S2、在底座上安装球形顶盖，并固定异形过渡环和球形顶盖的相对位置；

S3、测量异形过渡环的上端周长，并对球形顶盖的大口端进行铣切，使之大口端周长与异形过渡环的上端周长相同；

S4、球形顶盖的下端抵接至异形过渡环的上端并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接；

S5、在球形顶盖上端安装过隧道法兰并固定相对位置，进行搅拌摩擦焊接。