本發(fā)明涉及攪拌摩擦焊機(jī)床的焊接撐緊技術(shù)，具體涉及一種運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接方法。本裝置適用于攪拌摩擦焊焊接機(jī)床。

背景技術(shù)：

我國運(yùn)載火箭貯箱箱底傳統(tǒng)的焊接制造工藝是采用TIG焊接方法，由于貯箱箱底材料通常選用密度小、比強(qiáng)度高的鋁合金材料，使得產(chǎn)品焊接后存在著大量氣孔、裂紋或類似裂紋等缺陷。為了提高運(yùn)載火箭產(chǎn)品市場競爭力，要求火箭制造廠不斷提高火箭的質(zhì)量和性能、降低生產(chǎn)制造成本，迫切需求采用新型連接技術(shù)。

攪拌摩擦焊是一種新型固相連接技術(shù)，焊縫成形性好，無傳統(tǒng)焊接過程中產(chǎn)生的裂紋及氣孔等缺陷，使攪拌摩擦焊技術(shù)成為自激光焊接問世以來最引人注目的焊接方法，它的出現(xiàn)使用權(quán)鋁合金等有色金屬的連接技術(shù)發(fā)生重大變革。在航天器低溫容器焊接、大型輕合金結(jié)構(gòu)件焊接、航空器蒙皮焊接、鋁擠壓件的焊接、船體和加強(qiáng)件的焊接、高速列車鋁制焊接等方面，攪拌摩擦焊已顯現(xiàn)較大的技術(shù)優(yōu)勢。

到目前為止，攪拌摩擦焊已被證明除可實(shí)現(xiàn)鋁合金材料、鋁基復(fù)合材料的焊接外，其他具有高溫流動塑性的輕金屬合金及非金屬材料亦適合應(yīng)用攪拌摩擦焊技術(shù)。隨著攪拌摩擦焊技術(shù)的發(fā)展，人們對攪拌摩擦焊技術(shù)的研究越來越多，研究的領(lǐng)域也越來越廣。由于攪拌摩擦焊具有無飛濺、無煙塵，且不需要添加焊絲和保護(hù)氣等優(yōu)良特點(diǎn)，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新技術(shù)。因此，將該技術(shù)應(yīng)用于火箭生產(chǎn)制造是未來的發(fā)展趨勢。為了適應(yīng)攪拌摩擦焊接技術(shù)在火箭上的應(yīng)用，針對運(yùn)載火箭貯箱這類半封閉式結(jié)構(gòu)攪拌摩擦焊問題，提出一種火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接方法，并開發(fā)設(shè)計(jì)一種運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置解決這一難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是攪拌摩擦焊災(zāi)焊接環(huán)縫時(shí)難以進(jìn)行內(nèi)部撐緊；為解決所述問題，本發(fā)明提供一種運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接方法。

一種運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接方法，

步驟一、安裝在貯箱內(nèi)安裝撐緊裝置，并處于收縮狀態(tài)；

步驟二、在貯箱外部進(jìn)行外圓定位；

步驟三、撐緊裝置伸展，進(jìn)行貯箱內(nèi)部定位；

步驟四、環(huán)縫焊接。

進(jìn)一步，安裝所述撐緊裝置包括：在安裝板表面沿徑向安裝可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元，所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元一端固定于安裝板中心，另一端連接于撐緊板，所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元由內(nèi)部氣動馬達(dá)驅(qū)動；所述撐緊板遠(yuǎn)離可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元的表面與貯箱內(nèi)表面相匹配。

進(jìn)一步，所述步驟二包括：將半封閉式球底筒段與兩端開式筒段分別通過攪拌摩擦焊機(jī)床的外夾具進(jìn)行調(diào)整與固定，保證兩筒段焊接邊沿貼合度符合攪拌摩擦焊焊接要求，并以此外夾具作為圓面定位。

進(jìn)一步，安裝可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元包括：安裝可以獨(dú)立工作的第一主撐緊機(jī)構(gòu)伸展和第二主撐緊機(jī)構(gòu)；第一主撐緊機(jī)構(gòu)伸展與第一撐緊板連接，第二主撐緊機(jī)構(gòu)伸展與第二撐緊板連接；第一撐緊板與第二撐緊板通過鍥形滑塊貼合組成撐緊板；所述步驟三包括：第一氣動馬達(dá)驅(qū)動第一主撐緊機(jī)構(gòu)伸展到位，第二氣動馬達(dá)驅(qū)動第二主撐緊機(jī)構(gòu)伸展到位。

進(jìn)一步，所述步驟三還包括：在鍥形滑塊與位于安裝板中心的中心回轉(zhuǎn)軸之間安裝輔助支撐機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)螺母調(diào)節(jié)輔助支撐機(jī)構(gòu)的伸縮度。

進(jìn)一步，所述步驟四包括：在機(jī)床攪拌焊接裝置作用下，由電機(jī)同步驅(qū)動外夾具使撐緊裝置轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對火箭貯箱環(huán)縫對接焊接；至此，完成此半封閉式球底筒段與兩端開式筒段對接環(huán)縫焊接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)包括：

1.與傳統(tǒng)的貯箱環(huán)縫對接焊接相比，攪拌摩擦焊焊接有助于提高環(huán)縫對接焊接強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)固相焊接接頭各處一致性；

2.采用氣動馬達(dá)+蝸輪蝸桿減速機(jī)為傳動方式實(shí)現(xiàn)該焊接撐緊裝置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動，具有自鎖功能，提高撐緊裝置全剛性支撐的可靠性；

3.火箭貯箱由于加工產(chǎn)生的誤差具有自適應(yīng)消隙功能；

4.采用輔助撐緊裝置強(qiáng)化支撐機(jī)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度；

5.各組件具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，便于人工拆裝。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置的可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置的消隙結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4（a）為貯箱尺寸為理論尺寸時(shí)，調(diào)隙機(jī)構(gòu)在調(diào)隙前狀態(tài)示意圖；圖4（b）為貯箱尺寸為理論尺寸時(shí)，調(diào)隙機(jī)構(gòu)在調(diào)隙后狀態(tài)示意；圖4（c）為貯箱理論尺寸示意圖。

圖5（b）為貯箱尺寸為理論尺寸時(shí)，調(diào)隙機(jī)構(gòu)在調(diào)隙后狀態(tài)示意；圖5（c）為貯箱尺寸正偏差的示意圖。

圖6（b）為貯箱尺寸為理論尺寸時(shí)，調(diào)隙機(jī)構(gòu)在調(diào)隙后狀態(tài)示意；圖6（c）為貯箱負(fù)偏差示意圖。

具體實(shí)施方式

由背景技術(shù)可知，我國運(yùn)載火箭貯箱箱底傳統(tǒng)的焊接制造工藝是TIG焊接，但是這種焊接工藝的質(zhì)量差，攪拌摩擦焊接可以提高焊接質(zhì)量，但是攪拌摩擦焊災(zāi)進(jìn)行環(huán)縫焊接時(shí)需要解決內(nèi)部支撐的問題。

發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，在本發(fā)明中提供運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置。下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。

結(jié)合參考圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置，包括：安裝板、可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元、撐緊板；所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元沿所述安裝板安裝，一端固定于安裝板中心，另一端連接于撐緊板。在圖1中，示意性地以飽含可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元為例，對本發(fā)明進(jìn)行解釋，在其他實(shí)施例中，可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元的數(shù)量可以進(jìn)行適應(yīng)性選擇。

如圖2所示，所述撐緊板包括第一撐緊板6、第二撐緊板7、位于第一撐緊板6和第二撐緊板7之間的調(diào)隙結(jié)構(gòu)。如圖3所示，所述調(diào)隙結(jié)構(gòu)包括貼合于第一撐緊板6和第二撐緊板7端面之間的鍥形塊12；固定第一撐緊板6、第二撐緊板7、鍥形塊的擋板13；調(diào)節(jié)螺釘10和蝶形彈簧11。

圖4（a）~6（c）所示為調(diào)隙結(jié)構(gòu)的工作原理圖。圖4（c）為貯箱尺寸為理論尺寸時(shí)的示意圖，如圖4（a）所示，在撐緊裝置未撐緊時(shí)，在調(diào)節(jié)螺釘和蝶形彈簧作用下，楔形滑塊緊貼擋板；當(dāng)貯箱內(nèi)徑尺寸處于理論尺寸d時(shí)，如圖4（b）所示，在撐緊裝置作用下調(diào)節(jié)楔形滑塊由擋板位置向外Ⅰ狀態(tài)，調(diào)節(jié)楔形滑塊外邊界離對稱線偏距為s；圖5（c）所示為貯箱尺寸處于正偏差狀態(tài)（d+2Δ），如圖5（b）所示調(diào)節(jié)楔形滑塊與撐緊板的位置關(guān)系為Ⅱ狀態(tài)，其外邊界離對稱線偏距為s+δ；同理，如圖6（c）所示當(dāng)貯箱尺寸處于負(fù)偏差狀態(tài)（d-2Δ’）時(shí)，調(diào)節(jié)楔形滑塊與撐緊板的位置關(guān)系為Ⅲ狀態(tài)，其外邊界離對稱線偏距為s+δ’， 圖6（b）所示。

如圖2所示，所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元包括：中心回轉(zhuǎn)軸1、分別通過固定基座2與中心回轉(zhuǎn)軸1連接的第一主撐緊機(jī)構(gòu)5和第二主撐緊機(jī)構(gòu)9；所述第一主撐緊機(jī)構(gòu)5的另一端與第一撐緊板連接，所述第二主撐緊機(jī)構(gòu)9的另一端與第二撐緊板連接，所述第一撐緊板和第二撐緊板弧度相同。所述第一主撐緊機(jī)構(gòu)5和第二主撐緊機(jī)構(gòu)9結(jié)構(gòu)相同；所述第一主撐緊機(jī)構(gòu)包括：第一蝸輪蝸桿減速機(jī)3、第一氣動馬達(dá)4，第一氣動馬達(dá)4驅(qū)動第一蝸輪蝸桿減速機(jī)3伸縮。

繼續(xù)參考圖2，所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元還包括：輔助支撐機(jī)構(gòu)8，所述輔助支撐機(jī)構(gòu)8的一端與中心回轉(zhuǎn)軸2連接，另外一端與連接第一撐緊板和第二撐緊板之間的鍥形塊連接；所述輔助支撐機(jī)構(gòu)與擋板之間通過調(diào)節(jié)螺釘連接，蝶形彈簧位于輔助支撐機(jī)構(gòu)和鍥形塊之間。蝶形彈簧可以有效提高整個支撐機(jī)構(gòu)外圓面對待焊接筒段撐緊力度的控制，以適應(yīng)待焊接筒段自身生產(chǎn)制造過程產(chǎn)生的誤差。

下文中，以封閉式球底筒段與兩端開式筒段焊接為例對此，對本發(fā)明所提供的運(yùn)載火箭貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊焊接撐緊裝置的焊接方法進(jìn)行闡述，包括：

步驟1：撐緊機(jī)構(gòu)單元收縮工序

以中心回轉(zhuǎn)軸為中心依次輻射狀向外安裝可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元，數(shù)量按需確定，并由氣源驅(qū)動氣動馬達(dá)使所述可伸縮式撐緊機(jī)構(gòu)單元處于收縮狀態(tài)。通過機(jī)床頭座將處于收縮狀態(tài)的撐緊裝置送入對接焊縫位置。

步驟2：外圓定位工序

將半封閉式球底筒段與兩端開式筒段分別通過攪拌摩擦焊機(jī)床的外夾具進(jìn)行調(diào)整與固定，保證兩筒段焊接邊沿貼合度符合攪拌摩擦焊焊接要求，并以此外夾具作為圓面定位。

步驟3：主撐緊機(jī)構(gòu)伸展工序

通過機(jī)床頭座將處于收縮狀態(tài)的撐緊裝置送入對接焊縫位置，由氣源驅(qū)動第一主撐緊機(jī)構(gòu)的氣動馬達(dá)驅(qū)動第一主撐緊機(jī)構(gòu)伸展，推動第一撐緊板沿徑向向外運(yùn)動，撐緊兩貯箱筒段內(nèi)壁；再由氣源驅(qū)動第二主撐緊機(jī)構(gòu)的氣動馬達(dá)驅(qū)動第二主撐緊機(jī)構(gòu)伸展，推動第二撐緊板沿徑向向外運(yùn)動，撐緊兩貯箱筒段內(nèi)壁其余弧段，消隙結(jié)構(gòu)可對火箭貯箱由于加工產(chǎn)生的誤差進(jìn)行消隙。第一主撐緊機(jī)構(gòu)和第二主撐緊機(jī)構(gòu)伸縮到位后，由自鎖裝置自鎖定位。

步驟4：輔助撐緊機(jī)構(gòu)伸展工序

在中心回轉(zhuǎn)軸上安裝輔助撐緊機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)輔助撐緊機(jī)構(gòu)上調(diào)節(jié)螺母，控制輔助撐緊機(jī)構(gòu)伸縮長度，彌補(bǔ)第一撐緊板和第二撐緊板貼合面結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的不足。

步驟5：環(huán)縫焊接工序

完成貯箱固定工作后，在機(jī)床攪拌焊接裝置作用下，同時(shí)由電機(jī)同步驅(qū)動外夾具使此撐緊裝置轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對火箭貯箱環(huán)縫對接焊接；至此，完成此半封閉式球底筒段與兩端開式筒段對接環(huán)縫焊接。

步驟6：拆卸工序。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。