一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置。其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正上方；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；然后在补焊主机上安装定位销，再将焊接垫板与贮箱筒段内壁紧密接触；拆除定位销；在补焊主机上安装摩擦塞棒，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。本发明补焊过程稳定、可靠，补焊接头整体性能与搅拌摩擦焊接头性能相当。补焊装置有效地解决了成箱状态下总装环缝发现焊接缺陷后的补焊问题。
【专利说明】一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法及装置
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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；
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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：
[0010] (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；
[0011] (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；
[0012] (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；
[0013] (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。
[0014] 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。
[0015] 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 主轴急停时间为〇. 2s。
[0016] 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?8_厚铝合金摩擦塞棒。
[0017] 本发明的效果在于：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，补焊过程稳定、可靠，补焊接头整体性能与搅拌摩擦焊接头性能相当。本发明的在位补 焊装置，有效地解决了成箱状态下总装环缝发现焊接缺陷后的补焊问题。本发明等强固相 补焊过程中无弧光、无烟尘、无飞溅，是一种绿色无污染的补焊方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置结构示意图；
[0019] 图2为一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置立体图；
[0020] 图3为内撑杆组结构示意图；
[0021] 图4为焊接垫板中心孔结构简图；
[0022] 图5为焊接垫板上通孔、贮箱筒段上通孔以及摩擦塞棒的同心示意图；
[0023] 图中：1.床头箱；2.床尾箱；3.贮箱支撑机构一；4.贮箱支撑机构二；5.抱环； 6.补焊王机；7.内撑杆组；8.焊接塾板；9. 箱筒段；10.中心杆轴；11.杆轴；12.中心孔； 13.通孔；14.摩擦塞棒。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和具体实例对本发明所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补 焊的方法及装置作进一步描述。
[0025] 实施例1
[0026] 如图1和图2所示，本发明所述的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1、床尾箱2、贮箱支撑机构一 3、贮箱支撑机构二4、抱环5、内撑杆组7。
[0027] 其中，床头箱1、抱环5和床尾箱2并排设置，抱环5位于在床头箱1和床尾箱2之 间，使得焊接的贮箱筒段两端分别安装在床头箱1和床尾箱2上，贮箱筒段9穿过抱环5; 在贮箱筒段9下方、抱环5与床头箱1之间设置贮箱支撑机构二4;在贮箱筒段9下方、抱 环5与床尾箱2之间设置贮箱支撑机构一 3。
[0028] 在抱环5的正上方固定补焊主机6,在位于此抱环5处的贮箱筒段9内部存在焊接 缺陷的位置处放置杆系结构的内撑杆组7。
[0029] 如图3所示，该内撑杆组7包括中心杆轴10以及设置在中心杆轴10外围一圈的 6根杆轴11，这6根杆轴11均与中心杆轴10通过梁固定连接。其中，中心杆轴10比外围 的6根杆轴11粗。
[0030] 在中心杆轴10的两端分别连接焊接垫板8,两块焊接垫板8分别接触贮箱筒段9 的内壁；所述的内撑杆组7的中心杆轴10与焊接垫板8为螺纹连接结构，通过该结构实现 焊接垫板8在贮箱筒段9径向方向上的调整。该中心杆轴10承受焊接顶锻压力，通过中心 杆轴10将力传递到抱环5下方。
[0031] 如图4所示，所述的焊接垫板8中心处开有中心孔12,在中心孔12下方开设1个 tp5mm通孔13。所述的焊接垫板的中心孔12为带倒角边结构，并且焊接垫板的中心孔 12直径大于补焊主机6的摩擦塞棒14小端直径。
[0032] 实施例2
[0033] 本发明所述的一种采用实施例1所述补焊装置的用于贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强 固相补焊的方法，该方法包括如下步骤：
[0034] (a)如图1和图2所示，在发现贮箱筒段9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9安装在床头箱1和床尾箱2之间；贮箱筒段9穿过抱环5,且 贮箱筒段9的焊接缺陷位于抱环5处；补焊主机6固定在抱环5的正上方。
[0035] (b)在补焊主机6上安装(p5mm铣刀，在贮箱筒段9上、存在缺陷的焊缝位置处 开1个tp5mm通孔，在贮箱筒段9内部、存在焊接缺陷位置处设置内撑杆组7。
[0036] (C)然后在补焊主机6上安装1个(P5mm定位销，该定位销依次穿过贮箱筒段9 上存在缺陷的焊缝位置处开的通孔、以及内撑杆组7的焊接垫板8底部的通孔13,实现定位 销、贮箱筒段9上的通孔、焊接垫板8上的通孔同心；再将焊接垫板8与贮箱筒段9内壁紧 密接触。
[0037] (d)拆除定位销；在补焊主机6上安装1个4?8mm厚铝合金摩擦塞棒14,如图5 所示，补焊主机6的主轴带动摩擦塞棒14高速旋转，同时摩擦塞棒14快速进给，直至摩擦 塞棒14与贮箱筒段9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14与贮箱筒段9上的通孔产生充分的摩擦生热和塑性变形；补焊主机6的主轴急停 0. 2s，主轴以轴向顶锻压力施加在摩擦塞棒上，以获得高质量的焊接接头。
[0038] 所述的摩擦塞棒14为4?8mm厚铝合金摩擦塞棒（例如4mm、6mm或8mm)。所述 的补焊主机6的主轴带动摩擦塞棒14高速旋转的速度为2500?4500r/min(例如：2500r/ min、3500r/min或 4500r/min);摩擦塞棒进给速度为 150 ?180mm/min(例如：150mm/min或 180mm/min);摩擦压力为30?55KN(例如：30KN、45KN或55KN);摩擦塞棒与贮箱筒段9上 的通孔接触后的补焊主机6的主轴位移量为1. 5?3. 5mm(例如：1. 5mm、1. 9mm或3. 5mm)。
[0039] 具体补焊工艺参数的选择依据摩擦塞棒14的厚度确定，如表1所示。
[0040] 表1补焊工艺参数
【权利要求】
1. 一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其特征在于，该装置包括床头箱 (1)、床尾箱（2)、贮箱支撑机构一（3)、贮箱支撑机构二（4)、抱环（5)、内撑杆组（7); 其中，床头箱（1)、抱环（5)和床尾箱（2)并排设置，抱环（5)位于在床头箱（1)和床 尾箱（2)之间，使得焊接的贮箱筒段两端分别安装在床头箱（1)和床尾箱（2)上，贮箱筒段 (9)穿过抱环（5);在贮箱筒段（9)下方、抱环（5)与床头箱（1)之间设置贮箱支撑机构二 (4);在贮箱筒段（9)下方、抱环（5)与床尾箱（2)之间设置贮箱支撑机构一（3); 在抱环（5)的正上方固定补焊主机￠)，在位于此抱环（5)处的贮箱筒段（9)内部存在 焊接缺陷的位置处放置杆系结构的内撑杆组（7);该内撑杆组（7)包括中心杆轴（10)以及 设置在中心杆轴（10)外围一圈的6根杆轴（11)，这6根杆轴（11)均与中心杆轴（10)通过 梁固定连接；在中心杆轴（10)的两端分别连接焊接垫板（8)，两块焊接垫板（8)分别接触 贮箱筒段（9)的内壁；该中心杆轴（10)承受焊接顶锻压力，通过中心杆轴（10)将力传递到 抱环（5)下方；所述的焊接垫板（8)中心处开有中心孔（12)，在中心孔（12)下方开设1个 通孔（13)。
2. 根据权利要求1所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其特征在 于，所述的焊接垫板的中心孔（12)为带倒角边结构，并且焊接垫板的中心孔（12)直径大于 补焊主机￠)的摩擦塞棒（14)小端直径。
3. 根据权利要求1所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其特征在 于，所述的内撑杆组（7)的中心杆轴（10)与焊接垫板（8)为螺纹连接结构，通过该结构实 现焊接垫板（8)在贮箱筒段（9)径向方向上的调整。
4. 根据权利要求1所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的装置，其特征在 于，所述的内撑杆组（7)的中心杆轴（10)比外围的6根杆轴（11)粗。
5. -种采用权利要求1至4所述的任意一种装置的贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊 的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： (a) 在发现贮箱筒段（9)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（9)安装在床头箱（1)和床尾箱（2)之间；贮箱筒段（9)穿过抱环（5)，且贮箱筒段（9) 的焊接缺陷位于抱环（5)处；补焊主机（6)固定在抱环（5)的正上方； (b) 在补焊主机（6)上安装铣刀，在贮箱筒段（9)上、存在缺陷的焊缝位置处开1个通 孔，在贮箱筒段（9)内部、存在焊接缺陷位置处设置内撑杆组（7); (c) 然后在补焊主机（6)上安装定位销，该定位销依次穿过贮箱筒段（9)上存在缺陷的 焊缝位置处开的通孔、以及内撑杆组（7)的焊接垫板（8)底部的通孔（13)，实现定位销、贮 箱筒段（9)上的通孔、焊接垫板（8)上的通孔同心；再将焊接垫板（8)与贮箱筒段（9)内壁 紧密接触； (d) 拆除定位销；在补焊主机（6)上安装1个摩擦塞棒（14)，补焊主机￠)的主轴带 动摩擦塞棒（14)高速旋转，同时摩擦塞棒（14)快速进给，直至摩擦塞棒（14)与贮箱筒段 (9)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（14)与贮箱 筒段（9)上的通孔产生充分的摩擦生热和塑性变形；补焊主机（6)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。
6. 根据权利要求5所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其特征在 于，所述的补焊主机（6)的主轴带动摩擦塞棒（14)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（9) 上的通孔接触后的补焊主机（6)的主轴位移量为1. 5?3. 5mm。
7. 根据权利要求5所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其特征在 于，所述的补焊主机（6)的主轴急停时间为0.2s。
8. 根据权利要求5所述的一种贮箱搅拌摩擦焊缺陷等强固相补焊的方法，其特征在 于，所述的摩擦塞棒（14)为4?8_厚铝合金摩擦塞棒。
【文档编号】B23K20/24GK104400211SQ201410679611
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王国庆, 郝云飞, 李延民, 赵衍华, 周庆, 王伟, 孙忠绍, 马建波, 苏磊 申请人:首都航天机械公司, 中国运载火箭技术研究院