一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法及裝置。其將焊接的貯箱筒段安裝在床頭箱和床尾箱之間；貯箱筒段穿過抱環(huán)，且貯箱筒段的焊接缺陷位于抱環(huán)處；補(bǔ)焊主機(jī)固定在抱環(huán)正上方；在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝銑刀，在貯箱筒段上、存在缺陷的焊縫位置處開1個(gè)通孔，在貯箱筒段內(nèi)部、存在焊接缺陷位置處設(shè)置內(nèi)撐桿組；然后在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝定位銷，再將焊接墊板與貯箱筒段內(nèi)壁緊密接觸；拆除定位銷；在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝摩擦塞棒，摩擦塞棒與貯箱筒段上的通孔產(chǎn)生充分的摩擦生熱和塑性變形。本發(fā)明補(bǔ)焊過程穩(wěn)定、可靠，補(bǔ)焊接頭整體性能與攪拌摩擦焊接頭性能相當(dāng)。補(bǔ)焊裝置有效地解決了成箱狀態(tài)下總裝環(huán)縫發(fā)現(xiàn)焊接缺陷后的補(bǔ)焊問題。
【專利說明】一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于運(yùn)載火箭貯箱制造方法，具體涉及到一種進(jìn)行大直徑貯箱攪拌摩擦焊 缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 攪拌摩擦焊技術(shù)作為一項(xiàng)新型固相焊接技術(shù)，由于其具有接頭質(zhì)量高、焊接缺陷 少、焊接過程綠色無污染等特點(diǎn)，已經(jīng)開始逐步應(yīng)用于世界各宇航機(jī)構(gòu)的運(yùn)載火箭鋁合金 貯箱制造中，從筒段、箱底直至總裝環(huán)縫。雖然該技術(shù)具有諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際工程 應(yīng)用中在所難免會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，例如：孔洞、溝槽、未焊透等。因此欲實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在產(chǎn)品上 的大規(guī)模推廣應(yīng)用，必須考慮出現(xiàn)焊接缺陷后如何進(jìn)行補(bǔ)焊。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、體積、裝配難度 等角度來看，由于筒段、箱底的體積較小，容易保證裝配精度，因此可以考慮將產(chǎn)品恢復(fù)到 原裝配狀態(tài)通過再次攪拌摩擦焊接的方法消除焊接缺陷。但是貯箱總裝環(huán)縫的體積較大、 裝配難度大，一旦拆除相應(yīng)的內(nèi)撐、外壓工裝后或者產(chǎn)品下架后才發(fā)現(xiàn)存在焊接缺陷，將難 以恢復(fù)到原狀態(tài)通過再次攪拌摩擦焊接的方法進(jìn)行補(bǔ)焊。而通過熔焊工藝進(jìn)行攪拌摩擦焊 缺陷的修補(bǔ)又會(huì)造成性能下降過多，甚至出現(xiàn)貫穿性裂紋。因此成箱狀態(tài)下的總裝環(huán)縫發(fā) 現(xiàn)焊接缺陷后如何進(jìn)行高質(zhì)量、高性能的補(bǔ)焊是一個(gè)必須考慮的實(shí)際工程問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出了一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法及裝置，其解決總裝 環(huán)縫發(fā)現(xiàn)焊接缺陷后的補(bǔ)焊問題，補(bǔ)焊過程穩(wěn)定、可靠。
[0004] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其 包括床頭箱、床尾箱、貯箱支撐機(jī)構(gòu)一、貯箱支撐機(jī)構(gòu)二、抱環(huán)、內(nèi)撐桿組；其中，床頭箱、抱 環(huán)和床尾箱并排設(shè)置，抱環(huán)位于在床頭箱和床尾箱之間，使得焊接的貯箱筒段兩端分別安 裝在床頭箱和床尾箱上，貯箱筒段穿過抱環(huán)；在貯箱筒段下方、抱環(huán)與床頭箱之間設(shè)置貯箱 支撐機(jī)構(gòu)二；在貯箱筒段下方、抱環(huán)與床尾箱之間設(shè)置貯箱支撐機(jī)構(gòu)一；
[0005] 在抱環(huán)的正上方固定補(bǔ)焊主機(jī)，在位于此抱環(huán)處的貯箱筒段內(nèi)部存在焊接缺陷的 位置處放置桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)撐桿組；該內(nèi)撐桿組包括中心桿軸以及設(shè)置在中心桿軸外圍一圈 的6根桿軸，這6根桿軸均與中心桿軸通過梁固定連接；在中心桿軸的兩端分別連接焊接墊 板，兩塊焊接墊板分別接觸貯箱筒段的內(nèi)壁；該中心桿軸承受焊接頂鍛壓力，通過中心桿軸 將力傳遞到抱環(huán)下方；所述的焊接墊板中心處開有中心孔，在中心孔下方開設(shè)1個(gè)通孔。
[0006] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其所述的焊接墊板的 中心孔為帶倒角邊結(jié)構(gòu)，并且焊接墊板的中心孔直徑大于補(bǔ)焊主機(jī)的摩擦塞棒小端直徑。
[0007] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其所述的內(nèi)撐桿組的 中心桿軸與焊接墊板為螺紋連接結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊接墊板在貯箱筒段徑向方向上的 調(diào)整。
[0008] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其所述的內(nèi)撐桿組的 中心桿軸比外圍的6根桿軸粗。
[0009] 本發(fā)明所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其包括如下步驟：
[0010] (a)在發(fā)現(xiàn)貯箱筒段的攪拌摩擦焊總裝環(huán)縫存在焊接缺陷后，首先將焊接的貯箱 筒段安裝在床頭箱和床尾箱之間；貯箱筒段穿過抱環(huán)，且貯箱筒段的焊接缺陷位于抱環(huán)處； 補(bǔ)焊主機(jī)固定在抱環(huán)的正上方；
[0011] (b)在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝銑刀，在貯箱筒段上、存在缺陷的焊縫位置處開1個(gè)通孔， 在貯箱筒段內(nèi)部、存在焊接缺陷位置處設(shè)置內(nèi)撐桿組；
[0012] (C)然后在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝定位銷，該定位銷依次穿過貯箱筒上存在缺陷的焊縫 位置處開的通孔、以及內(nèi)撐桿組的焊接墊板底部的通孔，實(shí)現(xiàn)定位銷、貯箱筒段上的通孔、 焊接墊板上的通孔同心；再將焊接墊板與貯箱筒段內(nèi)壁緊密接觸；
[0013] (d)拆除定位銷；在補(bǔ)焊主機(jī)上安裝1個(gè)摩擦塞棒，補(bǔ)焊主機(jī)的主軸帶動(dòng)摩擦塞棒 高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)摩擦塞棒快速進(jìn)給，直至摩擦塞棒與貯箱筒段上的通孔相接觸；然后在一定 的摩擦壓力、摩擦塞棒進(jìn)給速度下，摩擦塞棒與貯箱筒段上的通孔產(chǎn)生充分的摩擦生熱和 塑性變形；補(bǔ)焊主機(jī)的主軸急停，主軸以軸向頂鍛壓力施加在摩擦塞棒上一定時(shí)間，以獲得 高質(zhì)量的焊接接頭。
[0014] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其所述的補(bǔ)焊主機(jī) 的主軸帶動(dòng)摩擦塞棒高速旋轉(zhuǎn)的速度為2500?4500r/min;摩擦塞棒進(jìn)給速度為150? 180mm/min;摩擦壓力為30?55KN;摩擦塞棒與貯箱筒段上的通孔接觸后的補(bǔ)焊主機(jī)（6) 的主軸位移量為1. 5?3. 5mm。
[0015] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其所述的補(bǔ)焊主機(jī)的 主軸急停時(shí)間為〇. 2s。
[0016] 如上所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其所述的摩擦塞棒為 4?8_厚鋁合金摩擦塞棒。
[0017] 本發(fā)明的效果在于：本發(fā)明提出了一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方 法，補(bǔ)焊過程穩(wěn)定、可靠，補(bǔ)焊接頭整體性能與攪拌摩擦焊接頭性能相當(dāng)。本發(fā)明的在位補(bǔ) 焊裝置，有效地解決了成箱狀態(tài)下總裝環(huán)縫發(fā)現(xiàn)焊接缺陷后的補(bǔ)焊問題。本發(fā)明等強(qiáng)固相 補(bǔ)焊過程中無弧光、無煙塵、無飛濺，是一種綠色無污染的補(bǔ)焊方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置立體圖；
[0020] 圖3為內(nèi)撐桿組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為焊接墊板中心孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0022] 圖5為焊接墊板上通孔、貯箱筒段上通孔以及摩擦塞棒的同心示意圖；
[0023] 圖中：1.床頭箱；2.床尾箱；3.貯箱支撐機(jī)構(gòu)一；4.貯箱支撐機(jī)構(gòu)二；5.抱環(huán)； 6.補(bǔ)焊王機(jī)；7.內(nèi)撐桿組；8.焊接塾板；9. 箱筒段；10.中心桿軸；11.桿軸；12.中心孔； 13.通孔；14.摩擦塞棒。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ) 焊的方法及裝置作進(jìn)一步描述。
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置， 其包括床頭箱1、床尾箱2、貯箱支撐機(jī)構(gòu)一 3、貯箱支撐機(jī)構(gòu)二4、抱環(huán)5、內(nèi)撐桿組7。
[0027] 其中，床頭箱1、抱環(huán)5和床尾箱2并排設(shè)置，抱環(huán)5位于在床頭箱1和床尾箱2之 間，使得焊接的貯箱筒段兩端分別安裝在床頭箱1和床尾箱2上，貯箱筒段9穿過抱環(huán)5; 在貯箱筒段9下方、抱環(huán)5與床頭箱1之間設(shè)置貯箱支撐機(jī)構(gòu)二4;在貯箱筒段9下方、抱 環(huán)5與床尾箱2之間設(shè)置貯箱支撐機(jī)構(gòu)一 3。
[0028] 在抱環(huán)5的正上方固定補(bǔ)焊主機(jī)6,在位于此抱環(huán)5處的貯箱筒段9內(nèi)部存在焊接 缺陷的位置處放置桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)撐桿組7。
[0029] 如圖3所示，該內(nèi)撐桿組7包括中心桿軸10以及設(shè)置在中心桿軸10外圍一圈的 6根桿軸11，這6根桿軸11均與中心桿軸10通過梁固定連接。其中，中心桿軸10比外圍 的6根桿軸11粗。
[0030] 在中心桿軸10的兩端分別連接焊接墊板8,兩塊焊接墊板8分別接觸貯箱筒段9 的內(nèi)壁；所述的內(nèi)撐桿組7的中心桿軸10與焊接墊板8為螺紋連接結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 焊接墊板8在貯箱筒段9徑向方向上的調(diào)整。該中心桿軸10承受焊接頂鍛壓力，通過中心 桿軸10將力傳遞到抱環(huán)5下方。
[0031] 如圖4所示，所述的焊接墊板8中心處開有中心孔12,在中心孔12下方開設(shè)1個(gè) tp5mm通孔13。所述的焊接墊板的中心孔12為帶倒角邊結(jié)構(gòu)，并且焊接墊板的中心孔 12直徑大于補(bǔ)焊主機(jī)6的摩擦塞棒14小端直徑。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 本發(fā)明所述的一種采用實(shí)施例1所述補(bǔ)焊裝置的用于貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng) 固相補(bǔ)焊的方法，該方法包括如下步驟：
[0034] (a)如圖1和圖2所示，在發(fā)現(xiàn)貯箱筒段9的攪拌摩擦焊總裝環(huán)縫存在焊接缺陷 后，首先將焊接的貯箱筒段9安裝在床頭箱1和床尾箱2之間；貯箱筒段9穿過抱環(huán)5,且 貯箱筒段9的焊接缺陷位于抱環(huán)5處；補(bǔ)焊主機(jī)6固定在抱環(huán)5的正上方。
[0035] (b)在補(bǔ)焊主機(jī)6上安裝(p5mm銑刀，在貯箱筒段9上、存在缺陷的焊縫位置處 開1個(gè)tp5mm通孔，在貯箱筒段9內(nèi)部、存在焊接缺陷位置處設(shè)置內(nèi)撐桿組7。
[0036] (C)然后在補(bǔ)焊主機(jī)6上安裝1個(gè)(P5mm定位銷，該定位銷依次穿過貯箱筒段9 上存在缺陷的焊縫位置處開的通孔、以及內(nèi)撐桿組7的焊接墊板8底部的通孔13,實(shí)現(xiàn)定位 銷、貯箱筒段9上的通孔、焊接墊板8上的通孔同心；再將焊接墊板8與貯箱筒段9內(nèi)壁緊 密接觸。
[0037] (d)拆除定位銷；在補(bǔ)焊主機(jī)6上安裝1個(gè)4?8mm厚鋁合金摩擦塞棒14,如圖5 所示，補(bǔ)焊主機(jī)6的主軸帶動(dòng)摩擦塞棒14高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)摩擦塞棒14快速進(jìn)給，直至摩擦 塞棒14與貯箱筒段9上的通孔相接觸；然后在一定的摩擦壓力、摩擦塞棒進(jìn)給速度下，摩擦 塞棒14與貯箱筒段9上的通孔產(chǎn)生充分的摩擦生熱和塑性變形；補(bǔ)焊主機(jī)6的主軸急停 0. 2s，主軸以軸向頂鍛壓力施加在摩擦塞棒上，以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。
[0038] 所述的摩擦塞棒14為4?8mm厚鋁合金摩擦塞棒（例如4mm、6mm或8mm)。所述 的補(bǔ)焊主機(jī)6的主軸帶動(dòng)摩擦塞棒14高速旋轉(zhuǎn)的速度為2500?4500r/min(例如：2500r/ min、3500r/min或 4500r/min);摩擦塞棒進(jìn)給速度為 150 ?180mm/min(例如：150mm/min或 180mm/min);摩擦壓力為30?55KN(例如：30KN、45KN或55KN);摩擦塞棒與貯箱筒段9上 的通孔接觸后的補(bǔ)焊主機(jī)6的主軸位移量為1. 5?3. 5mm(例如：1. 5mm、1. 9mm或3. 5mm)。
[0039] 具體補(bǔ)焊工藝參數(shù)的選擇依據(jù)摩擦塞棒14的厚度確定，如表1所示。
[0040] 表1補(bǔ)焊工藝參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其特征在于，該裝置包括床頭箱 (1)、床尾箱（2)、貯箱支撐機(jī)構(gòu)一（3)、貯箱支撐機(jī)構(gòu)二（4)、抱環(huán)（5)、內(nèi)撐桿組（7); 其中，床頭箱（1)、抱環(huán)（5)和床尾箱（2)并排設(shè)置，抱環(huán)（5)位于在床頭箱（1)和床 尾箱（2)之間，使得焊接的貯箱筒段兩端分別安裝在床頭箱（1)和床尾箱（2)上，貯箱筒段 (9)穿過抱環(huán)（5);在貯箱筒段（9)下方、抱環(huán)（5)與床頭箱（1)之間設(shè)置貯箱支撐機(jī)構(gòu)二 (4);在貯箱筒段（9)下方、抱環(huán)（5)與床尾箱（2)之間設(shè)置貯箱支撐機(jī)構(gòu)一（3); 在抱環(huán)（5)的正上方固定補(bǔ)焊主機(jī)￠)，在位于此抱環(huán)（5)處的貯箱筒段（9)內(nèi)部存在 焊接缺陷的位置處放置桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)撐桿組（7);該內(nèi)撐桿組（7)包括中心桿軸（10)以及 設(shè)置在中心桿軸（10)外圍一圈的6根桿軸（11)，這6根桿軸（11)均與中心桿軸（10)通過 梁固定連接；在中心桿軸（10)的兩端分別連接焊接墊板（8)，兩塊焊接墊板（8)分別接觸 貯箱筒段（9)的內(nèi)壁；該中心桿軸（10)承受焊接頂鍛壓力，通過中心桿軸（10)將力傳遞到 抱環(huán)（5)下方；所述的焊接墊板（8)中心處開有中心孔（12)，在中心孔（12)下方開設(shè)1個(gè) 通孔（13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其特征在 于，所述的焊接墊板的中心孔（12)為帶倒角邊結(jié)構(gòu)，并且焊接墊板的中心孔（12)直徑大于 補(bǔ)焊主機(jī)￠)的摩擦塞棒（14)小端直徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其特征在 于，所述的內(nèi)撐桿組（7)的中心桿軸（10)與焊接墊板（8)為螺紋連接結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)實(shí) 現(xiàn)焊接墊板（8)在貯箱筒段（9)徑向方向上的調(diào)整。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的裝置，其特征在 于，所述的內(nèi)撐桿組（7)的中心桿軸（10)比外圍的6根桿軸（11)粗。
5. -種采用權(quán)利要求1至4所述的任意一種裝置的貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊 的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： (a) 在發(fā)現(xiàn)貯箱筒段（9)的攪拌摩擦焊總裝環(huán)縫存在焊接缺陷后，首先將焊接的貯箱 筒段（9)安裝在床頭箱（1)和床尾箱（2)之間；貯箱筒段（9)穿過抱環(huán)（5)，且貯箱筒段（9) 的焊接缺陷位于抱環(huán)（5)處；補(bǔ)焊主機(jī)（6)固定在抱環(huán)（5)的正上方； (b) 在補(bǔ)焊主機(jī)（6)上安裝銑刀，在貯箱筒段（9)上、存在缺陷的焊縫位置處開1個(gè)通 孔，在貯箱筒段（9)內(nèi)部、存在焊接缺陷位置處設(shè)置內(nèi)撐桿組（7); (c) 然后在補(bǔ)焊主機(jī)（6)上安裝定位銷，該定位銷依次穿過貯箱筒段（9)上存在缺陷的 焊縫位置處開的通孔、以及內(nèi)撐桿組（7)的焊接墊板（8)底部的通孔（13)，實(shí)現(xiàn)定位銷、貯 箱筒段（9)上的通孔、焊接墊板（8)上的通孔同心；再將焊接墊板（8)與貯箱筒段（9)內(nèi)壁 緊密接觸； (d) 拆除定位銷；在補(bǔ)焊主機(jī)（6)上安裝1個(gè)摩擦塞棒（14)，補(bǔ)焊主機(jī)￠)的主軸帶 動(dòng)摩擦塞棒（14)高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)摩擦塞棒（14)快速進(jìn)給，直至摩擦塞棒（14)與貯箱筒段 (9)上的通孔相接觸；然后在一定的摩擦壓力、摩擦塞棒進(jìn)給速度下，摩擦塞棒（14)與貯箱 筒段（9)上的通孔產(chǎn)生充分的摩擦生熱和塑性變形；補(bǔ)焊主機(jī)（6)的主軸急停，主軸以軸向 頂鍛壓力施加在摩擦塞棒上一定時(shí)間，以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其特征在 于，所述的補(bǔ)焊主機(jī)（6)的主軸帶動(dòng)摩擦塞棒（14)高速旋轉(zhuǎn)的速度為2500?4500r/min ; 摩擦塞棒進(jìn)給速度為150?180mm/min ;摩擦壓力為30?55KN ;摩擦塞棒與貯箱筒段（9) 上的通孔接觸后的補(bǔ)焊主機(jī)（6)的主軸位移量為1. 5?3. 5mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其特征在 于，所述的補(bǔ)焊主機(jī)（6)的主軸急停時(shí)間為0.2s。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種貯箱攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)固相補(bǔ)焊的方法，其特征在 于，所述的摩擦塞棒（14)為4?8_厚鋁合金摩擦塞棒。
【文檔編號(hào)】B23K20/24GK104400211SQ201410679611
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王國慶, 郝云飛, 李延民, 趙衍華, 周慶, 王偉, 孫忠紹, 馬建波, 蘇磊 申請(qǐng)人:首都航天機(jī)械公司, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院