《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》是首都航天機械公司和中國運載火箭技術研究院於2014年11月24日申請的專利，該專利的公布號為CN104400212A，授權公布日為2015年3月11日，發明人是王國慶、邱龍、高培濤、趙衍華、王德志、孔德躍、劉亮。
《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》可實現貯箱一次裝夾，原位銑邊和焊接，裝備精度和焊接效率都大大提高；可以實現火箭貯箱的高精度、高效率焊接，效果良好。
2018年12月20日，《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》獲得第二十屆中國專利獎金獎。
（概述圖為《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法
- 公告號：CN104400212A
- 授權日：2015年3月11日
- 申請號：2014106796151
- 申請日：2014年11月24日
- 地址：北京市豐臺區南苑警備東路2號
- 發明人：王國慶、邱龍、高培濤、趙衍華、王德志、孔德躍、劉亮
- Int. Cl.：B23K20/12(2006.01)I; B23K37/04(2006.01)I; B23K20/24(2006.01)I
- 代理機構：核工業專利中心
- 代理人：莫丹
- 類別：發明專利
- 申請人：首都航天機械公司、中國運載火箭技術研究院
專利背景,發明內容,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
攪拌摩擦焊技術由於存在接頭質量高、缺陷少、變形小等諸多技術優勢，已經成為航天領域中鋁合金貯箱焊接的一種非常理想的焊接方法。推進器貯箱是由1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成。截至2014年11月24日，中國還沒有一套完整的臥式結構的貯箱環縫攪拌摩擦焊設備。
發明內容
《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》的目的在於提供一種可以實現火箭貯箱的高精度、高效率焊接的運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法。
實現《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》目的的技術方案：一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，所述的貯箱為1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成；該裝置包括床身，床頭和床尾分別設定在床身上方兩端；在床頭和床尾之間依次設定前過渡環、右外定位壓緊機構、左外定位壓緊機構和後過渡環；內撐機構、桿系支撐機構分別掛在床頭伸縮軸和床尾伸縮軸上，並可以隨軸伸縮水平移動；攪拌主機設定在床身上；
所述的床頭在床頭本體的一側固定床頭法蘭盤，在床頭法蘭盤中心延伸出床頭伸縮軸；其中，前過渡環一端固定在床頭法蘭盤上，另一端用於與貯箱的前短殼定位連線；內撐機構固定在床頭伸縮軸上，內撐機構用於從貯箱內部將其撐緊並鎖定；
所述的床尾在床尾本體的一側固定床尾法蘭盤，在床尾法蘭盤中心延伸出床尾伸縮軸；其中，後過渡環一端與床尾法蘭盤連線，另一端用於與貯箱的後短殼定位連線；桿系支撐機構固定在床尾伸縮軸上，桿系支撐機構用於從貯箱內部將其撐緊並鎖定。
如上所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其所述的床身包括主床身和副床身，主床身和副床身之間通過若干加強梁連線；所述的攪拌主機安裝在副床身上。
如上所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其所述的右外定位壓緊機構和左外定位壓緊機構均設定在貯箱外，並可沿床身移動，焊接過程中帶動貯箱旋轉，用於定位貯箱和鎖緊。
如上所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其所述的床頭本體通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構一與右外定位壓緊機構一起移動；所述的床尾本體通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構二與左外定位壓緊機構一起移動。
如上所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其所述的內撐機構包括3個，分別用於貯箱的前底和筒段的焊接、前短殼和前底的焊接、筒段和筒段的焊接；所述的桿系支撐機構包括2個，分別用於後底和筒段的焊接、後短殼和後底的焊接。
《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式焊接方法，所述的貯箱是由1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成；其包括如下步驟：
（a）將前短殼和前底組合件吊裝到床頭上，將前短殼與前過渡環按象限連線；將第1段筒段吊裝於床尾上，將其與後過渡環按象限連線；將右外定位壓緊機構運動到前底處，定位並壓緊前短殼和前底，將左外定位壓緊機構運動到第1段筒段處，定位並壓緊第1段筒段；將內撐機構吊裝於床頭伸縮軸上，推進到前底與第1段筒段內部接頭處，撐緊前底與第1段筒段；將攪拌主機運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接前底與第1段筒段；
（b）焊接完筒段和前底後，將內撐機構退出，換上第2個內撐機構，推進到前底與前短殼內部接頭處，撐緊前底與前短殼；將右外定位壓緊機構運動到前短殼端，定位並壓緊前短殼，將左外定位壓緊機構運動到前底端，定位並壓緊前底；將攪拌主機運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接前短殼和前底；
（c）焊接完前短殼和前底後，將第2個內撐機構退出，換上第3個內撐機構，將第2段筒段吊裝於床尾上，將其與後過渡環按象限連線；用第3個內撐機構上撐緊第1段筒段與第2段筒段；將右外定位壓緊機構運動到第1段筒段端，定位並壓緊，將左外定位壓緊機構運動到第2段筒段端，定位並壓緊；將攪拌主機運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
（d）重複步驟（c），進行其餘筒段和筒段的焊接；
（e）將後短殼和後底組件吊裝到床尾上，將後短殼與後過渡環按象限連線；使後短殼和後底與筒段按象限對齊；將右外定位壓緊機構驅動到筒段端，定位並壓緊筒段，將左外定位壓緊機構驅動到後底端，定位並壓緊後短殼和後底；將2個桿系支撐機構分別推進到後短殼與後底接頭處、後底與筒段接頭處，撐緊後底與筒段；將攪拌主機運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接筒段和後底；
（f）焊接完筒段和後底後，將左外定位壓緊機構運動到後短殼端，定位並壓緊後短殼；將右外定位壓緊機構運動到後底端，定位並壓緊後底；桿系支撐機構撐緊後底和後短殼；將攪拌主機運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接後短殼和後底。
如上所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式焊接方法，其焊接過程中，貯箱的各部件水平旋轉，攪拌主機側面臥式攪拌摩擦焊接。
《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》的效果在於：《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》所述的運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法中，貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接臥式裝置總長三十米，可最大焊接長十幾米的火
箭貯箱。《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》套用外定位壓緊方式，並且集主驅動為一體，在焊接過程中定位可靠、貯箱所受扭矩小、安裝精度高。此外，《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》可實現貯箱一次裝夾，原位銑邊和焊接，裝備精度和焊接效率都大大提高。封箱焊接時，桿系支撐性能可靠，拆卸方便。總之，該薄壁貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接臥式裝置可以實現火箭貯箱的高精度、高效率焊接，收到良好效果。
附圖說明
圖1為運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置結構示意圖；
圖2為床身結構示意圖
圖3為床頭結構示意圖
圖4為床尾結構示意圖
圖中：1-床尾；2-後過渡環；3-桿系支撐機構；4-左外定位壓緊機構；5-攪拌主機；6-貯箱；7-右外定位壓緊機構；8-內撐機構；9-前過渡環；10-床頭；11-床身；14-主床身；15-加強梁；16-副床身；17-床頭本體；18-床尾本體；19-床頭伸縮軸；20-床頭法蘭盤；21-拖拽機構一；24-床尾法蘭盤；25-床尾伸縮軸；26-拖拽機構二。
技術領域
《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》涉及航天設備焊接技術領域，具體涉及一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法。
權利要求
1.一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，所述的貯箱（6）為1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成；其特徵在於：該裝置包括床身（11），床頭（10）和床尾（1）分別設定在床身（11）上方兩端；在床頭（10）和床尾（1）之間依次設定前過渡環（9）、右外定位壓緊機構（7）、左外定位壓緊機構（4）和後過渡環（2）；內撐機構（8）、桿系支撐機構（3）分別掛在床頭伸縮軸（19）和床尾伸縮軸（25）上，並可以隨軸伸縮水平移動；攪拌主機（5）設定在床身（11）上；所述的床頭（10）在床頭本體（17）的一側固定床頭法蘭盤（20），在床頭法蘭盤（20）中心延伸出床頭伸縮軸（19）；其中，前過渡環（9）一端固定在床頭法蘭盤（20）上，另一端用於與貯箱（6）的前短殼定位連線；內撐機構（8）固定在床頭伸縮軸（19）上，內撐機構（8）用於從貯箱（6）內部將其撐緊並鎖定；所述的床尾（1）在床尾本體（18）的一側固定床尾法蘭盤（24），在床尾法蘭盤（24）中心延伸出床尾伸縮軸（25）；其中，後過渡環（2）一端與床尾法蘭盤（24）連線，另一端用於與貯箱（6）的後短殼定位連線；桿系支撐機構（3）固定在床尾伸縮軸（25）上，桿系支撐機構（3）用於從貯箱（6）內部將其撐緊並鎖定。
2.根據權利要求1所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其特徵在於：所述的床身（11）包括主床身（14）和副床身（16），主床身（14）和副床身（16）之間通過若干加強梁（15）連線；所述的攪拌主機（5）安裝在副床身（16）上。
3.根據權利要求2所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其特徵在於：所述的右外定位壓緊機構（7）和左外定位壓緊機構（4）均設定在貯箱（6）外，並可
沿床身（11）移動，焊接過程中帶動貯箱（6）旋轉，用於定位貯箱（6）和鎖緊。
4.根據權利要求3所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其特徵在於：所述的床頭本體（17）通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構一（21）與右外定位壓緊機構（7）一起移動；所述的床尾本體（18）通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構二（26）與左外定位壓緊機構（4）一起移動。
5.根據權利要求4所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，其特徵在於：所述的內撐機構（8）包括3個，分別用於貯箱（6）的前底和筒段的焊接、前短殼和前底的焊接、筒段和筒段的焊接；所述的桿系支撐機構（3）包括2個，分別用於後底和筒段的焊接、後短殼和後底的焊接。
6.一種採用權利要求5所述的臥式裝置的運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式焊接方法，其特徵在於，該焊接方法包括如下步驟：
（a）將前短殼和前底組合件吊裝到床頭（10）上，將前短殼與前過渡環（9）按象限連線；將第1段筒段吊裝於床尾（1）上，將其與後過渡環（2）按象限連線；將右外定位壓緊機構（7）運動到前底處，定位並壓緊前短殼和前底，將左外定位壓緊機構（4）運動到第1段筒段處，定位並壓緊第1段筒段；將內撐機構（8）吊裝於床頭伸縮軸（19）上，推進到前底與第1段筒段內部接頭處，撐緊前底與第1段筒段；將攪拌主機（5）運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接前底與第1段筒段；
（b）焊接完筒段和前底後，將內撐機構（8）退出，換上第2個內撐機構，推進到前底與前短殼內部接頭處，撐緊前底與前短殼；將右外定位壓緊機構（7）運動到前短殼端，定位並壓緊前短殼，將左外定位壓緊機構（4）運動到前底端，定位並壓緊前底；將攪拌主機（5）運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接前短殼和前底；
（c）焊接完前短殼和前底後，將第2個內撐機構退出，換上第3個內撐機構，將第2段筒段吊裝於床尾（1）上，將其與後過渡環（2）按象限連線；用第3個內撐機構上撐緊第1段筒段與第2段筒段；將右外定位壓緊機構（7）運動到第1段筒段端，定位並壓緊，將左外定位壓緊機構（4）運動到第2段筒段端，定位並壓緊；將攪拌主機（5）運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
（d）重複步驟（c），進行其餘筒段和筒段的焊接；
（e）將後短殼和後底組件吊裝到床尾（1）上，將後短殼與後過渡環（2）按象限連線；使後短殼和後底與筒段按象限對齊；將右外定位壓緊機構（7）驅動到筒段端，定位並壓緊筒段，將左外定位壓緊機構（4）驅動到後底端，定位並壓緊後短殼和後底；將2個桿系支撐機構（3）分別推進到後短殼與後底接頭處、後底與筒段接頭處，撐緊後底與筒段；將攪拌主機（5）運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接筒段和後底；
（f）焊接完筒段和後底後，將左外定位壓緊機構（4）運動到後短殼端，定位並壓緊後短
殼；將右外定位壓緊機構（7）運動到後底端，定位並壓緊後底；桿系支撐機構（3）撐緊後底和後短殼；將攪拌主機（5）運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接後短殼和後底。
7.根據權利要求6所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式焊接方法，其特徵在於：焊接過程中，貯箱（6）的各部件水平旋轉，攪拌主機（5）側面臥式攪拌摩擦焊接。
實施方式
- 實施例1
如圖1所示，《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》所述的一種運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置，所述的貯箱6為1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成。
該裝置包括床身11，床頭10和床尾1分別設定在床身11上方兩端；在床頭10和床尾1之
間依次設定前過渡環9、右外定位壓緊機構7、左外定位壓緊機構4、和後過渡環2；內撐機構8、桿系支撐機構3分別掛在床頭伸縮軸19和床尾伸縮軸25上，並可以隨軸伸縮水平移動。
如圖2所示，所述的床身11包括主床身14和副床身16，主床身14和副床身16之間通過若干加強梁15連線，可以更好的消除攪拌摩擦力對工具機精度的影響。所述的攪拌主機5安裝在副床身16上。
如圖3所示，所述的床頭10在床頭本體17的一側固定床頭法蘭盤20，在床頭法蘭盤20中心延伸出床頭伸縮軸19；其中，前過渡環9一端固定在床頭法蘭盤20上，另一端用於與貯箱6的前短殼定位連線；內撐機構8固定在床頭伸縮軸19上，內撐機構8用於從貯箱6內部將其撐緊並鎖定。床頭本體17通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構一21與右外定位壓緊機構7一起移動。
如圖4所示，所述的床尾1在床尾本體18的一側固定床尾法蘭盤24，在床尾法蘭盤24中心延伸出床尾伸縮軸25；其中，後過渡環2一端與床尾法蘭盤24連線，另一端用於在焊接過程中與貯箱6的多段筒段及後短殼定位連線；桿系支撐機構3固定在床尾伸縮軸25上，桿系支撐機構3用於從貯箱6內部將其撐緊並鎖定。床尾本體18通過自身的驅動移動，或者通過拖拽機構二26與左外定位壓緊機構4一起移動。
所述的右外定位壓緊機構7和左外定位壓緊機構4均設定在貯箱6外，並可沿床身11移動，用於外定位和鎖緊，以及攪拌摩擦焊接時貯箱6轉動的主驅動力。（例如：右外定位壓緊機構7和左外定位壓緊機構4，通過電機帶動齒輪產生旋轉主運動，徑向靠壓環收合實現定位壓緊。現有技術即可實現。）
所述的內撐機構8包括3個，分別用於貯箱6的前短殼和前底的焊接、前底和筒段的焊接、筒段和筒段的焊接，實現貯箱6的在位銑邊和原位焊接。例如：內撐機構8通過氣缸帶動撐塊徑向運動，實現對貯箱6撐緊。採用現有技術即可實現。
所述的桿系支撐機構3包括2個，分別用於後底和筒段的焊接、後短殼和後底的焊接，實現貯箱6的在位銑邊和原位焊接。例如：桿系支撐機構3同內撐機構8結構類似，只是做成可拆卸的。採用現有技術即可實現。
- 實施例2
採用實施例1所述的臥式裝置的運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式焊接方法，所述的貯箱6是由1個前短殼、1個前底、多段筒段、1個後底、1個後短殼依次焊接組成；該焊接方法包括如下步驟：
（a）將前短殼和前底組合件吊裝到床頭10上，將前短殼與前過渡環9按象限連線；將第1段筒段吊裝於床尾1上，將其與後過渡環2按象限連線；將右外定位壓緊機構7運動到前底處，定位並壓緊前短殼和前底，將左外定位壓緊機構4運動到第1段筒段處，定位並壓緊第1段筒段；將內撐機構8吊裝於床頭伸縮軸19上，推進到前底與第1段筒段內部接頭處，撐緊前底與第1段筒段；將攪拌主機5運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接前底與第1段筒段；
（b）焊接完筒段和前底後，將內撐機構8退出，換上第2個內撐機構，推進到前底與前短殼內部接頭處，撐緊前底與前短殼；將右外定位壓緊機構7運動到前短殼端，定位並壓緊前短殼，將左外定位壓緊機構4運動到前底端，定位並壓緊前底；將攪拌主機5運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接前短殼和前底；
（c）焊接完前短殼和前底後，將第2個內撐機構退出，換上第3個內撐機構，將第2段筒段吊裝於床尾1上，將其與後過渡環2按象限連線；用第3個內撐機構上撐緊第1段筒段與第2段筒段；將右外定位壓緊機構7運動到第1段筒段端，定位並壓緊，將左外定位壓緊機構4運動到第2段筒段端，定位並壓緊；將攪拌主機5運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接第1筒段和第2段筒段；
（d）重複步驟（c），進行其餘筒段和筒段的焊接；
（e）將後短殼和後底組件吊裝到床尾1上，將後短殼與後過渡環2按象限連線；使後短殼和後底與筒段按象限對齊；將右外定位壓緊機構7驅動到筒段端，定位並壓緊筒段，將左外定位壓緊機構4驅動到後底端，定位並壓緊後短殼和後底；將2個桿系支撐機構3分別推進到後短殼與後底接頭處、後底與筒段接頭處，撐緊後底與筒段；將攪拌主機5運動至接頭焊接區，先對兩對接面分別銑邊，再進行攪拌摩擦焊接筒段和後底；
（f）焊接完筒段和後底後，將左外定位壓緊機構4運動到後短殼端，定位並壓緊後短殼；將右外定位壓緊機構7運動到後底端，定位並壓緊後底；桿系支撐機構3撐緊後底和後短殼；將攪拌主機5運動至接頭焊接區，進行攪拌摩擦焊接後短殼和後底。焊接過程中，貯箱6的各部件水平旋轉，攪拌主機5側面臥式攪拌摩擦焊接。
榮譽表彰
2018年12月20日，《運載火箭貯箱總裝環縫攪拌摩擦焊接的臥式裝置及方法》獲得第二十屆中國專利獎金獎。
