一種液氨儲存箱焊接工裝及其焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于壓力容器焊接方法及工裝，具體涉及一種液氨儲存箱焊接工裝及其焊接方法。
【背景技術】
[0002]液氨儲存箱是某小衛星的姿控系統的液氨存儲容器，它負責在太空中長期存儲調節衛星姿態的液態氨，如圖1和圖2所示，液氨儲存箱由上下兩個完全相同的半橢球型殼體采用激光焊接成型，半橢球型殼體對接焊縫為環向焊縫，由第一圓弧焊縫AA、第二圓弧焊縫BB、第三圓弧焊縫CC、第四圓弧焊縫DD四段圓弧焊縫首尾相連接組成，其中，第一圓弧焊縫AA、第三圓弧焊縫CC的圓弧半徑為rl ;第二圓弧焊縫BB、第四圓弧焊縫DD的圓弧半徑為r2, rl 為 28mm ?32mm，r2 為 205mm ?21 Omm ；
[0003]半橢球型殼體采用TC4鈦合金制成，要求焊后焊縫無裂紋、保證在壓力5MPa不發生泄露、爆破，焊后變形小于0.5_。由于焊縫為不規則的變半徑的異性構件，同時要求較高的焊接精度和強度，控制其焊接精度和焊縫質量穩定性對于衛星在太空中的安全、穩定的運行起著至關重要的作用。
[0004]前期公司不采用焊接工裝，將兩個完全相同的半橢球型殼體相對，固定后，移動激光焊槍進行焊接，由于產品尺寸較小，曲率半徑變化較大，現有焊接設備運行時，焊槍到液氨儲存箱表面的距離不一致，在相同的焊接功率和速度條件下使得焊縫的熱輸入不一致，從而使得焊縫熔深、熔寬不一致，有的焊縫能量不足未完全焊透而有的焊縫能量太大使的熔深、熔寬過大，背面焊瘤很大，也導致產品變形不對稱，焊接變形超出設計要求。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種液氨儲存箱焊接工裝，同時提供利用其焊接液氨儲存箱的方法，解決現有同類型鈦合金液氨儲存箱焊接精度差、焊縫熔深、熔寬不一致問題，焊接的產品一致性好、精度高。
[0006]本發明所提供的一種液氨儲存箱焊接工裝，包括支撐架、多件弧面夾塊和螺桿，其特征在于:
[0007]所述支撐架由一體的底座、左橫梁和右橫梁組成，所述底座為柱體，左橫梁和右橫梁垂直固連于底座左右兩側，左橫梁和右橫梁的中軸線重合，且左、右橫梁上表面與底座的頂面共面；所述左橫梁上表面具有垂直連通底面的左通孔，左通孔的軸心到底座中軸線距離rl，右橫梁上表面具有垂直連通底面的右通孔，右通孔的軸心到底座中軸線距離為r2，rl 為 28mm ?32mm，r2 為 205mm ?210mm ;
[0008]所述弧面夾塊為金屬塊，由頂面、底面、前側面、后側面、左側面和右側面構成矩形六面體，其頂面加工為凹弧面，該凹弧面與液氨儲存箱上表面凸弧面能完全擬合，在頂面的中心具有垂直連通底面的連通孔；所述底面為矩形，前側面和后側面對應底面的長邊，左側面和右側面對應底面的短邊；
[0009]所述左通孔、右通孔和連通孔的孔徑相同；
[0010]所述螺桿為一金屬桿件，其直徑與所述連通孔的孔徑相匹配，螺桿兩端均加工有外螺紋，用于和螺母配合；
[0011]使用時，兩件弧面夾塊為一組，凹弧面相對，將拼裝好的待焊接部件夾于其中，并用所述螺桿穿過支撐架的左橫梁或右橫梁進行固定；或者在支撐架的左橫梁和右橫梁上分別通過螺桿固定一組弧面夾塊，每組弧面夾塊均夾有拼裝好的待焊接部件。
[0012]構成所述支撐架的底座、左橫梁和右橫梁上，所有銳邊可以倒圓角。
[0013]利用所述液氨儲存箱焊接工裝的液氨儲存箱焊接方法，包括半橢球型殼體加工步驟、裝配步驟、示教編程步驟、激光定位焊步驟、激光連續焊接步驟，其特征在于:
[0014]A、半橢球型殼體加工步驟:
[0015]首先使用數控加工兩件形狀、尺寸完全相同的半橢球型殼體，并在半橢球型殼體底部中心加工加注孔，在其中一件半橢球型殼體側面加工測壓孔，保證產品壁厚和行為公差符合要求；
[0016]然后用干凈棉布擦除成型后的兩件半橢球型殼體表面的油污，再用細砂紙打磨去除表面的氧化皮直到表面呈現光亮的金屬光澤，打磨后采用混合酸溶液對半橢球型殼體浸泡3min?5min以去除殘留的氧化皮，浸泡后用清水清除殘留酸液，再用超聲波清洗設備對半橢球型殼體進行清洗，清洗晾干待用；
[0017]B、裝配步驟:
[0018]首先將支撐架的底座裝夾在激光焊設備的旋轉卡盤上，將一個弧面夾塊凹弧面朝上放在左橫梁上面，連通孔與左橫梁上的左通孔對齊，保證弧面夾塊左側面和右側面與左橫梁端面相互平行，將一件半橢球型殼體開口朝上放在弧面夾塊上，半橢球型殼體下表面與弧面夾塊的凹弧面完全貼合，且半橢球型殼體底部的加注孔與弧面夾塊上連通孔對齊；然后將另一件半橢球型殼體開口朝下與已安裝的橢球型殼體相對合，保證貼合間隙和錯邊量符合激光焊接要求，將另一個弧面夾塊凹弧面向下放在后一件半橢球殼體上方，保證凹弧面與半橢球型殼體外表面完全貼合且半橢球型殼體上表面的加注孔與后一弧面夾塊上連通孔對齊，最后將螺桿穿過兩個弧面夾塊和兩個半橢球型殼體，從左橫梁底面的左通孔穿出，螺桿上下兩端外螺紋用螺栓擰緊固定，構成第一組裝件，用于焊接半橢球型殼體圓弧半徑為rl的圓弧焊縫；
[0019]將一個弧面夾塊凹弧面朝上放在右橫梁上面，連通孔與右橫梁上的右通孔對齊，保證弧面夾塊前側面和后側面與右橫梁端面相互平行，將一件半橢球型殼體開口朝上放在弧面夾塊上，半橢球型殼體下表面與弧面夾塊的凹弧面完全貼合，且半橢球型殼體底部的加注孔與弧面夾塊上連通孔對齊；然后將另一件半橢球型殼體開口朝下與已安裝的橢球型殼體相對合，保證貼合間隙和錯邊量符合激光焊接要求，將另一個弧面夾塊凹弧面向下放在后一件半橢球殼體上方，保證凹弧面與半橢球型殼體外表面完全貼合且半橢球型殼體上表面的加注孔與后一弧面夾塊上連通孔21A對齊，最后將螺桿30穿過兩個弧面夾塊和兩個半橢球型殼體，從右橫梁底面的右通孔13A穿出，螺桿30上下兩端外螺紋用螺栓擰緊固定，構成第二組裝件，用于焊接半橢球型殼體圓弧半徑為r2的圓弧焊縫；
[0020]C、示教編程步驟:
[0021]采用左橫梁上的第一組裝件對兩條圓弧半徑為rl的圓弧焊縫進行示教編程，采用右橫梁上的第二組裝件對兩條圓弧半徑為r2的圓弧焊縫進行示教編程；示教編程保證焊槍到圓弧焊縫距離一致；示教過程中激光焊槍不發生移動只旋轉支撐架的底座11，通過示教編程獲得運動程序，對線偏差不大于0.5_，取點示教編程時槍頭高度要比理論值高出一個材料厚度I激光入射方向與筋條表面法向夾角不大于5°，每條圓弧焊縫示教編程后得到的焊接程序編號并保存；
[0022]D、激光定位焊步驟:
[0023]采用示教好的焊接程序進行定位焊接，定位焊接前首先從下方的半橢球型殼體側面的檢測孔通入高純氬氣2min，充氬氣后進行定位焊接，采用對稱焊接的方法，定位焊完一條圓弧半徑為rl的圓弧焊縫再定位焊另一條圓弧半徑為rl的圓弧焊縫，然后定位焊另外兩個圓弧半徑為r2的圓弧焊縫，直到四條圓弧焊縫全部定位焊完成；
[0024]E、激光連續焊接步驟:
[0025]激光定位焊接完后，采用相同的示教好的焊接程序連續焊接各條圓弧焊縫，采用對稱焊接的方法，焊完一條圓弧半徑為rl的圓弧焊縫再焊另一條圓弧半徑為rl的圓弧焊縫，再焊另外兩個圓弧半徑為r2的圓弧焊縫，所有焊縫焊接完成后停止充入氬氣，將液氨儲存箱從工裝上取下。
[0026]所述激光定位焊步驟中，定位焊參數:連續激光功率400W?600W、焊接速度0.02m/min?0.03m/min、離焦量+3_?+5mm、定位點長度5_?8_、定位點間距20mm?25mm ；
[0027]所述激光連續焊接步驟中，連續焊接參數:連續激光功率1500W?1800W、焊接速度0.015m/min?0.02m/min、離焦量+3mm?+5_、脈沖激光占空比為50%?70%。