运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。     

运载火箭贮箱筒段环缝焊接应力变形数值模拟

以5 m直径大型运载火箭贮箱筒段为研究对象,对该筒段进行了环缝焊接过程的有限元模拟,得到了焊接过程的温度场分布情况以及简化工装约束条件下焊接后和约束卸载后的应力变形情况.结果表明,筒段的整体变形以径向变形为主;焊后最大应力出现在焊缝,最大应力429 MPa,由于应变强化而高于屈服强度;焊缝处的应力除外表面轴向应力为压应力,其他皆为拉应力.     

火箭贮箱焊缝连接处应力及变形分析

对常见的铝合金薄壁贮箱焊缝连接处结构形式进行对比分析计算,比较了椭球底和三心底对箱筒段和底部连接处焊缝的影响及箱筒段上焊缝处加厚区内外偏置的影响.结果表明:对于箱筒段和底部连接的焊缝,采用椭球底形式焊缝处的轴向应力要小,应力梯度变化也小;对于箱筒段上的轴向焊缝,当焊缝处加厚区采用内偏置时,其径向位移比薄区大,即焊缝处产生向外凸出的变形模式,采用外偏置时,焊缝处产生内凹的变形模式;当箱筒段上的焊缝处加厚区采用中面偏置时,附加弯矩较小,变形较为协调,可以减小应力集中.     

改善贮箱Y形环焊缝应力水平的优化设计

针对某贮箱Y形环与筒段间焊缝处内外侧应力差过大问题,通过参数优化和形状优化的协同优化策略,利用Isight多学科优化平台集成有限元分析软件ABAQUS搭建了优化流程,得到的最终优化结果可以有效地改善Y形环和筒段焊缝处的应力水平,提高贮箱的承载能力.另外,优化得到的结果与传统设计不同,这也为工程师解决同类问题提供了新的思路.     

推进剂贮箱先进焊接工艺研究进展

搅拌摩擦焊和变极性等离子弧焊作为新兴的铝合金焊接工艺,已在国外的推进剂贮箱上获得广泛而成熟的应用,但在我国,其工程应用仍属起步阶段。基于推进剂贮箱结构焊缝特点、受载状态和焊接工艺特性来选用焊接工艺是制定我国新型运载火箭推进剂贮箱焊接工艺方案的基本原则。     

框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形仿真研究

针对框桁式火箭贮箱壁板结构双激光束双侧同步焊接（DLBSW）变形开展仿真研究。首先,建立了框桁式火箭贮箱壁板结构DLBSW有限元模型,并通过试验验证了该模型的可靠性;其次,重点考察了焊接顺序与方向对框桁式火箭贮箱壁板结构激光焊接变形的影响,获得了变形控制策略;最后,采用该优化方案,成功完成了框桁式火箭贮箱DLBSW壁板的研制。结果表明,采用“交叉中心焊”的焊接顺序,可极大程度地降低焊接变形;在焊接顺序优化的基础上,改变中间三条焊缝的焊接方向,可进一步降低焊接变形。     

某型飞机后边条焊接盒段优化研究

某型飞机后边条焊接盒段是用于安装平尾的重要受力构件,由材料为30CrMnSiA的板弯件、机加件及加强筋焊接组合而成。由于盒段焊缝数量多、零件壁厚薄,故在组合焊接时容易出现焊接变形、变形后校形困难等问题,使焊缝质量难以保证。本文对焊接盒段结构方案进行了优化研究,在最终选定的结构优化方案中,其盒段壁板为整体机加成型,大量采用机械连接,焊缝数量少,焊接形式简单,缩短了盒段的焊接周期,改善了焊接盒段生产的工艺性,满足了该型号飞机的批产要求。     

航宇薄壳结构的低应力无变形焊接新技术

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形焊接新技术。此项技术保证了在焊接过程中对变形积极主动的控制，达到了焊后完全无变形的要求，取消了焊后矫形工序，已成功地应用于航空发动机耐热合金薄壁机匣和运载火箭铝合金燃料贮箱的焊接。用“静态”控制方法及在此基础上发展的“动态”控制新方法均可定量地控制焊缝区的不协调应变量，获得焊后低应力无变形的效果。     

钛合金贮箱薄壁壳体电子束焊接

在研制大容积钛合金表面张力贮箱的过程中,由于受到焊接工装精度的限制,导致电子束焊缝缺陷,因此贮箱未达到设计爆破压力而发生破裂.通过对焊缝断面的金相分析,改进了焊接前焊缝清洁措施,修改了焊接工艺参数,最终解决了大直径薄壁钛合金壳体的焊接质量问题.     

2219铝合金搅拌摩擦焊结构ECA评定

基于含缺陷结构断裂评定的COD设计曲线与净截面屈服失效判据,对2219铝合金搅拌摩擦焊结构进行了工程临界评定(ECA)。分析了2219铝合金搅拌摩擦焊接头焊核区、热机影响区、热影响区和母材区的临界裂纹尺寸,确定了不同载荷水平下2219铝合金搅拌摩擦焊结构的表面缺陷容限,并对特定内压下2219铝合金运载火箭贮箱筒段搅拌摩擦焊纵缝进行了ECA评定,为2219铝合金搅拌摩擦焊结构的断裂控制提供了参考。研究结果表明,纵向前进边热影响区为2219铝合金搅拌摩擦焊接头断裂控制的关键区域,特定内压条件下给定的表面缺陷可以接受。     

VPTIG焊接机器人在铝合金贮箱箱底生产中的应用

简要介绍了焊接机器人系统结构特征,采用VPTIG单面焊双面成型技术进行2A14铝合金焊接试验,获得良好的焊接接头性能,总结出可靠的工艺控制方法.并应用于铝合金贮箱箱底的生产中,产品焊缝经过RT探伤、液压气密试验、氦质谱检漏等检测方法,各项技术指标满足设计要求.     

微贮箱移动电子束焊接传热数值分析

建立了某姿轨控发动机推进剂贮箱移动电子束焊接热源的焊接温度场数值仿真模型,采用锥体热源描述电子束焊接热源,通过等价比热容法来处理熔化潜热,得到电子束焊接过程中贮箱温度、焊接熔池形状和尺寸随时间的变化状况.结果表明:仿真计算所得贮箱温度与实测数据的差异小于10%.在焊接过程中,利用安装在贮箱外表面的纯铜散热盘可以将贮箱半膜处的温度从503K降低至364K以下,避免了焊接过程中贮箱温度过高出现结构损伤.该计算方法与结构散热方式可为其他产品的焊接提供借鉴与参考.      

2219 T852过渡环与T87箱筒段电子束焊接接头性能

基于贮箱用2219 T852整体过渡环与T87箱筒段的电子束环焊缝,开展了部段级电子束焊接接头常、低温力学性能测试,同时对焊接接头错缝量、断裂类型及金相组织进行了分析。研究结果表明:部段级常、低温2219 T852与T87电子束焊接接头的强度影响系数为0.63,低温状态下焊接接头的力学性能比室温状态下有所提高;错缝量与焊接接头力学性能成反比,其中对延伸率影响最为显著,低温有助于缓解错缝对焊接接头力学性能的弱化影响;电子束焊接接头组织不均匀性和结构形貌上的不连续性,特别是T852侧热影响区晶粒粗大,导致T852侧热影响区和焊缝接头根部为电子束焊缝的薄弱区域,焊接接头极易在该区域发生断裂。     

航天燃料贮箱滤气板的焊接技术

在分析航天表面张力燃料贮箱技术要求和不锈钢网(OCr18Ni13)与钛合金板(TC4)焊接性能的基础上,解决了航天燃料贮箱滤气板制造过程中产生的不锈钢网片断丝、网板未结合、变形等问题,保证了滤气板焊缝的密封性能.     

动力舱段壳体的电子束焊接技术

通过对某型号动力舱段壳体的结构特点和高强度时效不锈钢焊接性的分析,以及对如何控制焊接变形和保证各被焊零件相对位置精度的讨论,制定出了一套舱段壳体组合件电子束焊接的加工工艺.该工艺现已成功地应用于批量生产中.     

贮箱筒段焊接装配内撑变形有限元分析

本文基于运载火箭贮箱筒段内撑工装撑出方式,通过有限元法,对筒段内撑变形进行数值模拟,研究筒段在内撑工装不同撑出量的作用下,其相应应力应变状态、径向变形,获得内撑工装撑出量与径向变形关系。     

某型号压力气瓶的焊接工艺

本文介绍了某型号压力气瓶的结构特点、技术要求和气瓶制造时所采用的焊接、旋压、热处理这三大关键技术,分析了时效不锈钢的焊接性,制订了压力气瓶的加工工艺方案,详细说明了气瓶焊接时的试制过程和控制焊缝缺陷及焊接变形的方法与措施。     

大型运载火箭低温复合材料贮箱设计研究进展

不同于传统铝合金焊接装配贮箱设计,复合材料贮箱设计重点是在分析其全寿命周期载荷工况下复合材料基体微裂纹萌生和损伤扩展的基础上,通过有效的设计手段防止其所盛装的低温推进剂(LOX、LH2)泄漏。本文分别对低温用树脂基复合材料及其性能、复合材料贮箱设计准则、贮箱主要部段的结构设计等方面进行了综述,并对复合材料贮箱发展前景进行了展望。     

承力式油箱熔焊结构与工艺

某产品的油箱壳体LF-6材料厚度已经增至5mm,采用缝焊,一般缝焊机功率满足不了焊接要求。本成果采用合理熔焊结构,取代缝焊结构,并对铝合金钨极脉冲氛弧焊工艺、焊接变形机理、变形规律进行研究试验。经过对snun厚的熔焊结构油箱多次试验证明,其外形精度及焊接质量均有明显提高,满足使用技术要求。成功地实现了某产品油箱的熔焊结构和工艺,可以推广应用于壁厚大于smm的其他类似油箱的焊接。铝合金焊接角变形的研究成果,经实际生产检验,证明是正确的,所进行的动态过程研究在有关文献上未见报道。经实践应用已取得很好的社会效益和…     

振动处理对铝合金焊接结构变形与内应力的影响

铝合金的焊后延迟变形是生产中影响产品质量的重要问题，本文研究一种投资少、见效快的解决方法－振动处理。实验证明振动处理能降低铝合金焊接结构残余应力峰值，使内应力均匀化，对于控制焊接延迟变形有明显效果。振动后对焊缝组织的微观结构分析显示，振动处理降低了位错密度，因为位错密度是内应力的直接表征，因此振动处理的作用效果可以用振动前后微观结构的变化来解释。