一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，該外貯箱網(wǎng)格壁板包括底板和網(wǎng)格筋條，采用攪拌摩擦焊設(shè)備進行加工，包括以下步驟：1）底板板材的預(yù)加工；2）疊焊板材的材質(zhì)與底板遵循成分匹配或者性能互補原則選?。桓鶕?jù)底板上的網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格尺寸和筋條寬度確定所述疊焊板材的尺寸；3）設(shè)計用于該結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦疊焊夾具；4）分層增材-局部銑切的制造概念由攪拌摩擦疊焊網(wǎng)格筋條實現(xiàn)；5）精加工。本發(fā)明將分層增材制造概念和攪拌摩擦焊技術(shù)結(jié)合起來，不僅可以實現(xiàn)各種形狀和高度的加筋條網(wǎng)格壁板的制造，還可以在薄鋁板上實現(xiàn)異種鋁合金加筋條網(wǎng)格壁板的制造加工，這是目前化學(xué)銑切和機械銑切加工方法都無法實現(xiàn)的。
【專利說明】一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空航天鋁合金結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，具體講是指航天飛行器外貯箱結(jié)構(gòu)的帶網(wǎng)格狀加筋條壁板構(gòu)件，即網(wǎng)格壁板的一種增材-局部銑切的快速制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]外貯箱結(jié)構(gòu)是大型運載火箭的重要組成部分，其主要部分是由鋁合金壁板經(jīng)過卷曲焊接形成的圓柱型筒箱容器。由于外貯箱不僅承載助推劑，也是軌道器的支撐和連接機構(gòu)，因此其箱壁在滿足裝載密封性的前提下，還必須具有較高的強度以面對惡劣的工作環(huán)境。增加壁板厚度固然能增高強度，但這也直接影響了運載火箭的重量。為了保證外儲箱的工作強度，并盡量減輕運載火箭的總重量，外儲箱壁板必須采用帶有交叉網(wǎng)格狀加筋條的網(wǎng)格壁板來加工制造。
[0003]由于外貯箱尺寸較大(長度可達10m，最大超過40米，直徑超過Sm)，現(xiàn)有的對于網(wǎng)格壁板的加工技術(shù)主要為減材加工制造方法:即在較厚的鋁板上，根據(jù)網(wǎng)格加筋條的分布形式和形狀，采用減材加工方法在網(wǎng)格內(nèi)部去除多余材料，使得厚鋁板在一面或兩面形成帶有網(wǎng)格狀加筋條的網(wǎng)格壁板結(jié)構(gòu)。目前在航天結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域采用的減材加工方法主要有化學(xué)銑切和機械銑切兩種加工方式。
[0004]化學(xué)銑切的加工原理是利用一定濃度的NaOH堿溶液與Al發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過控制過程的側(cè)切率(腐蝕速度和垂直于表面的腐蝕速度之比)來獲得合適的加筋肋條寬度?；姷囊话愎に嚵鞒淌?去包鋁層-涂覆保護膠-固化-化銑樣板刻型-化銑-熱水洗-出光-冷水洗-去保護膠-成品檢驗。浸于化銑槽中的壁板零件一般高度為1.5m,因此化銑槽體積也較大，在化銑過程中，很難在這樣大的空間內(nèi)保證化銑液的濃度均勻，因此難免會產(chǎn)生由濃度、溫度梯度造成的“錐度化銑”，導(dǎo)致壁板厚度不均勻。由此也可看出，化銑很難保證壁板的表面粗糙度，需要大量后續(xù)加工，這在一定程度上又增加了生產(chǎn)周期?；瘜W(xué)銑切加工造成了大批鋁合金板材的浪費，生產(chǎn)如此龐大的外儲箱壁板必然需要大量的化銑液，這也產(chǎn)生了大量的廢液污染環(huán)境、且生產(chǎn)效率低，這不論對于經(jīng)濟性還是環(huán)境保護都是一個巨大的難題。
[0005]機械銑切相對于化學(xué)銑切來講，有加工精度高，剩余壁厚易控制等優(yōu)點，該項技術(shù)在國外應(yīng)用較常見，目前國內(nèi)也有部分運用。然而，機械銑切也面臨著許多問題。由于外儲箱屬于大型零件，現(xiàn)有的設(shè)備能力和工藝水平很難滿足其加工要求。壁板上需要銑切的部分的面積和深度都較大，銑刀需要在板材中經(jīng)過類似于螺旋繞行的方式，才能得到大尺寸的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。鋁合金又屬于輕質(zhì)剛性較差的材料，因此在加工過程中很容易造成材料的變形和應(yīng)力分布不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致筋條尺寸不一，嚴(yán)重影響到后續(xù)加工精度。在長時間的高速切削過程中，鋁合金極易產(chǎn)生積屑瘤，妨礙刀頭散熱，影響加工效率。為了保證加強筋條與壁板間支撐的可靠性，對于支撐根部需要加工小半徑的圓弧以防止應(yīng)力集中，這時切削工具的可達性以及加工精度也是需要考慮的重要問題。
[0006]攪拌摩擦焊技術(shù)是英國焊接研究所于1991年發(fā)明的一種新型固相連接方法，最開始運用于輕質(zhì)金屬如鋁合金，鎂合金和鈦合金等對接接頭，如今該項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于搭接和T型接頭中。異種鋁鎂合金，同系列不同牌號的鋁合金之間的連接也可以通過攪拌摩擦焊來實現(xiàn)。由于這些輕質(zhì)合金具有熱導(dǎo)率高，比熱大及易氧化的特點，運用傳統(tǒng)的熔化焊方法焊接時常會產(chǎn)生熱量散失快，變形大，并且極容易形成金屬氧化物造成焊縫與木材連接處強度降低，氣孔和難融合等缺陷。對于2xxx，7xxx系列鋁合金甚至?xí)a(chǎn)生不可焊的問題。而攪拌摩擦焊則很好的解決了這些難題，同傳統(tǒng)焊接方法相比，其具有以下優(yōu)點:
[0007]( I)由于攪拌頭的機械作用，被焊工件表面氧化層被攪動打碎，使焊前準(zhǔn)備工作量大大降低。
[0008](2)焊接過程在塑性溫度進行，低于材料熔點。焊接過程沒有飛濺和煙塵，焊縫成形優(yōu)良，這極大改善了焊接條件。較低的焊接溫度也使得被焊工件基本沒有發(fā)生變形，節(jié)省了焊后矯形的步驟，保證了加工尺寸精度。
[0009](3)焊縫組織在熱和力的共同作用下發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，該結(jié)構(gòu)具有化學(xué)成分均勻，力學(xué)性能優(yōu)良的特點。這不僅保證了與母材的等強匹配，也降低了由于組織不均勻可能造成的應(yīng)力腐蝕危害。
[0010](4)攪拌摩擦焊方便實現(xiàn)自動化焊接，在提高焊接生產(chǎn)效率的同時也能保證大批量焊接成品的質(zhì)量可靠性。而通過改進工作臺，一次性可完成50m長的焊縫。攪拌摩擦焊在焊接大截面，大尺寸的工件上體現(xiàn)了明顯優(yōu)勢。
[0011](5)許多攪拌摩擦焊設(shè)備是在立式龍門銑床基礎(chǔ)上改造的，因此在同一工作平臺上完成焊接與機械加工也是可行的，這就節(jié)省了工裝夾具的制造開支。
[0012]目前攪拌摩擦焊在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中已獲得廣泛應(yīng)用，但尚未見到攪拌摩擦加工方法應(yīng)用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板制造中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，為解決目前網(wǎng)格壁板化學(xué)銑切和機械銑切兩種工藝的局限性，本發(fā)明提供一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，將分層增材制造概念和攪拌摩擦焊技術(shù)結(jié)合起來，即采用攪拌摩擦焊方法和增材制造概念，在薄鋁板上分層疊焊出具有凸臺的網(wǎng)格筋條。再通過對攪拌摩擦分層疊焊網(wǎng)格筋條的局部銑切，形成具有一定高度和寬度的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)格壁板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)各種形狀和高度的加筋條網(wǎng)格壁板的制造，尤其是可以在給定薄鋁板(作為底板)上實現(xiàn)異種鋁合金加筋條網(wǎng)格壁板的制造加工(如底板采用塑性好的鋁合金板，而網(wǎng)格加筋條采用高強度鋁合金制造)，這是目前化學(xué)銑切和機械銑切加工方法都無法實現(xiàn)的制造過程。
[0014]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，該外貯箱網(wǎng)格壁板包括底板和網(wǎng)格筋條，采用攪拌摩擦焊設(shè)備進行加工，包括以下步驟:
[0015]步驟一、毛料板材的預(yù)切割和表面清理；
[0016]步驟二、選擇攪拌摩擦疊焊板材，所述疊焊板材的材質(zhì)根據(jù)底板材質(zhì)并遵循等化學(xué)成分匹配或者性能互補匹配的原則來選取；根據(jù)底板上的網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格尺寸和筋條的寬度確定所述疊焊板材的長度和寬度；
[0017]步驟三、設(shè)計用于固定底板和疊焊板材的攪拌摩擦疊焊接頭夾具；[0018]步驟四、由攪拌摩擦疊焊板材形成網(wǎng)格筋條；
[0019]步驟五、精加工，包括:對攪拌摩擦疊焊筋條與底板的連接根部進行倒圓角處理、切除焊縫末端、對頂端焊縫表面去飛邊和毛刺及打磨圓角處理。
[0020]進一步講，步驟四采用下述兩種方法之一:
[0021]方法A，包括以下步驟:
[0022]A-1)將攪拌摩擦疊焊板材的寬度切成大于筋條寬度IOmm的板條，即并按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的布置拼接板條，板條與板條連接處通過攪拌摩擦焊連接，由此獲得筋條的框架結(jié)構(gòu)；
[0023]A-2)按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度將該多個筋條的框架結(jié)構(gòu)疊放于所述底板上；
[0024]A-3)板條表面為攪拌摩擦疊焊接頭表面，沿著板條的走向利用攪拌摩擦焊進行疊焊接頭焊接，將板條與底板連接上，在底板上初步獲得了網(wǎng)格狀筋條的形態(tài)；
[0025]A-4)沿著焊縫邊緣切去多余部分，從而形成所需的網(wǎng)格筋條。
[0026]方法B，包括以下步驟:
[0027]B-1)將與所述底板等大的疊焊板材放置于底板上；
[0028]B-2)在該疊焊板材上劃線標(biāo)記出網(wǎng)格筋條的分布，從而確定了焊接的位置，在劃線區(qū)域內(nèi)進行搭接接頭的焊接，
[0029]B-3)—層疊焊板材焊接完成后，按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度決定需要疊加的疊焊板材的層數(shù)，各層疊焊板材均按照上述B-2)步驟依次焊接，相鄰兩層焊縫重
置;
[0030]B-4 )完成所有層的疊焊板材焊接后，沿焊縫邊緣銑切，焊縫外圍的疊焊板材隨即脫落，從而形成所需的網(wǎng)格筋條；
[0031 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0032](I)本發(fā)明以分層增材制造技術(shù)為理念，應(yīng)用攪拌摩擦焊技術(shù)具體實現(xiàn)加筋條的分層增材制造過程，同傳統(tǒng)的銑切方式相比，具有以下突出有益效果:
[0033](2)筋條與底板的結(jié)合方式采用攪拌摩擦疊焊接頭，攪拌摩擦焊為固相連接過程，連接區(qū)域為鍛造擠壓組織結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗剪切能力，足夠保證筋條與底板的結(jié)合強度。
[0034](3)分層增材快速制造技術(shù)可解決整體加工工作周期長，制造精度低的問題。而利用攪拌摩擦焊預(yù)先完成網(wǎng)格筋條結(jié)構(gòu)的連接，使得結(jié)構(gòu)具有開敞性，機械加工工具的可達性得到了保證。
[0035](4)網(wǎng)格筋條采用焊接的形式加工，中心思想就是為了使用最少的材料獲得預(yù)期的工藝結(jié)構(gòu)。這與傳統(tǒng)銑切方式相比，由于主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，只需要對于結(jié)構(gòu)邊緣進行少量的機械加工獲得尺寸和精度要求，極大地節(jié)約了鋁合金原材料的消耗、降低能耗和制造成本。有效提聞生廣效率。
[0036](5)焊接方式選取攪拌摩擦焊，不需要焊接填充材料，保證了筋條與底板連接處成分均勻，不會出現(xiàn)濃度梯度等問題，這也從微觀結(jié)構(gòu)方面保證了筋條對底板的支撐作用。
[0037](6)可以制造出帶有異種鋁合金加筋條的網(wǎng)格壁板產(chǎn)品，創(chuàng)造出一種異種鋁合金材料組合的網(wǎng)格壁板產(chǎn)品，這是本發(fā)明快速制造方法的獨特優(yōu)勢，目前傳統(tǒng)的銑切方式中根本無法制造這種異種材料網(wǎng)格壁板產(chǎn)品。[0038](7)本發(fā)明快速制造方法自動化程度高，可實現(xiàn)加筋條分層增材制造與機械加工一體化，在給頂工作平臺上可以保證大尺寸網(wǎng)格壁板一次性完整加工，極大地節(jié)約了工時。
[0039](8)本發(fā)明快速制造方法加工的加筋壁板內(nèi)殘余變形和應(yīng)力低、尺寸精度高，與傳統(tǒng)機械銑切殘余應(yīng)力大、變形大的特點相比，其后續(xù)加工余量小，矯形工作量大為減少。
[0040]總之，本發(fā)明采用攪拌摩擦焊技術(shù)實現(xiàn)這種分層增材快速制造過程，可以極大降低原材料的消耗量，造成不必要的浪費，也節(jié)省了其他輔助耗材的應(yīng)用。同化學(xué)銑切相比，杜絕了生產(chǎn)過程對于環(huán)境的污染作用，實現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)。同機械銑切相比，減小了大面積機械加工對于壁板造成的變形和應(yīng)力分布不均勻影響。對于切削工具要求降低，可達性高，便于完成不同形狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(如三角形，菱形等)的加工。不僅縮短了工作周期，也能保證較高的加工精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1-1是本發(fā)明實施例1的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖1-2是圖1中所示A處局部放大示意圖；
[0043]圖2是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0044]圖3-1是本發(fā)明實施例2的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3-2是圖3-1中所示A處局部放大示意圖；
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細(xì)地描述。
[0047]本發(fā)明一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，該外貯箱網(wǎng)格壁板包括底板和網(wǎng)格筋條，采用攪拌摩擦焊設(shè)備進行加工，包括以下步驟:
[0048]步驟一、毛料板材的預(yù)切割和表面清理:毛料板材選用鋁板，根據(jù)實際的攪拌摩擦焊設(shè)備選取最經(jīng)濟的鋁板長度，鋁板寬度根據(jù)外貯箱外徑計算獲得；鋁板的長度與寬度都應(yīng)該留出焊接余量，這是因為攪拌摩擦焊末端匙孔部位需要切除；鋁板清理主要是指對油污的清理。
[0049]步驟二、選擇攪拌摩擦疊焊板材，所述疊焊板材的材質(zhì)根據(jù)外儲箱的底板材質(zhì)并遵循等化學(xué)成分匹配或者性能互補匹配的原則來選取，后者主要是指對外貯箱壁板有較高的力學(xué)性能要求時，板選取在突出良好塑性的情況下，搭接鋁板作為筋條部分，其強度應(yīng)高于底板材料。攪拌摩擦疊焊板材(即筋條部分)的長度應(yīng)上述步驟一中處理的鋁板等長，疊焊板材的寬度由底板上周向需要加工的網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格尺寸和筋條的寬度來決定；
[0050]步驟三、設(shè)計用于固定底板和疊焊板材的攪拌摩擦疊焊接頭夾具，在攪拌摩擦疊焊鋁板焊縫兩側(cè)下方應(yīng)墊入與鋁板相同厚度的墊板，焊接該墊板應(yīng)保證底板焊接時處于平整的狀態(tài)，保證鋁板與鋁板，鋁板與底板之間水平面結(jié)合，不發(fā)生翹曲。在焊縫兩側(cè)上方布置夾具，夾具應(yīng)保證搭接面間結(jié)合緊密，不發(fā)生相對滑動。
[0051]步驟四、攪拌摩擦疊焊板材的下料，即由攪拌摩擦疊焊板材形成網(wǎng)格筋條，這一步分兩種情況。
[0052]一種是預(yù)先加工出完整的筋條形狀，包括以下步驟:
[0053]A-1)攪拌摩擦疊焊板材的寬度大于筋條寬度IOmm (即兩側(cè)各留出5mm加工余量)的板條，并按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的布置同寬度不同長度的鋁板條拼接成筋條形狀，板條與板條連接處通過攪拌摩擦焊連接，由此獲得筋條的框架結(jié)構(gòu)；
[0054]A-2)按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度將該多個筋條的框架結(jié)構(gòu)疊放于所述底板上，以獲得所需要的筋條高度；
[0055]A-3)板條表面即為攪拌摩擦疊焊接頭表面，沿著板條的走向利用攪拌摩擦焊進行疊焊接頭焊接，注意應(yīng)布置多條平行焊縫，保證一定的焊縫重疊量，將板條與底板連接上，在底板上初步獲得了網(wǎng)格狀筋條的形態(tài)；
[0056]A-4)沿著焊縫邊緣切去多余部分，從而形成所需的網(wǎng)格筋條(包括布局的形狀和寬度)；
[0057]另一種情況是在完整鋁板上焊接筋條形狀，包括以下步驟:
[0058]B-1)將與所述底板等大的薄鋁板至于底板上；
[0059]B-2)在該薄鋁板上劃線標(biāo)記出網(wǎng)格筋條的分布，筋條分布的位置即需要焊接的位置，在劃線區(qū)域內(nèi)進行搭接接頭的焊接；
[0060]B-3)—層鋁板焊接完成后，按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度決定需要疊加的鋁板的層數(shù)，之后疊加的鋁板按照上述B-2)步驟確定焊縫分布及焊接，該層焊縫應(yīng)與第一層焊縫重疊，依次完成各層鋁板的焊接，并保證相鄰兩層焊縫是重疊的；
[0061]B-4)所有疊加鋁板搭接完成后，沿焊縫邊緣銑切，這樣銑刀刀頭只需要繞焊縫邊緣走一遍，而焊縫外圍由于鋁板并未與底板連接，因此其他未被焊接的鋁板即可脫落，從而形成所需的網(wǎng)格筋條；
[0062]步驟五、精加工:對攪拌摩擦疊焊筋條與底板連接根部做倒圓角處理，此時很容易保證銑刀刀頭到根部的可達性，保證加工精度；其他后續(xù)處理包括切除焊縫末端(有匙孔部分)，對頂端焊縫表面的去飛邊、毛刺，打磨圓角等處理。
[0063]綜上，本發(fā)明用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，主要采用分層增材-局部銑切的制造概念。首先選擇一定厚度的薄鋁板作為底板，其次在鋁板表面固定一定寬度和厚度的鋁合金條作為網(wǎng)格狀加筋條，然后采用攪拌摩擦焊工藝將鋁合金加筋條疊焊在鋁合金底板上；再在已焊接的網(wǎng)格狀鋁合金加筋條表面上固定新的相同寬度和厚度的鋁合金加筋條，采用攪拌摩擦焊工藝將新的鋁合金加筋條疊焊在原來的加筋條上，重復(fù)該工藝過程直到增材疊焊出給定高度的加筋條凸臺；最后對分層攪拌摩擦疊焊出的加筋條凸臺進行局部修復(fù)銑切加工制造出給定尺寸的網(wǎng)格壁板。
[0064]實施例1:預(yù)先焊接形成筋條形狀的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)加工方法:
[0065]在8mmX690mmX690mm底板上加工如圖1_1所示分布的網(wǎng)格，筋條寬度為30mm，網(wǎng)格深度為8mm的焊接。首先對4mm厚的招合金板經(jīng)過剪板,分別得到尺寸(I) 150mmX 30mm的鋁板8|fe，(2)690mmX30mm的鋁板3塊。在鋁板2的兩側(cè)對稱布置鋁板1，分布如圖1-1所示。運用軸肩直徑12mm，攪拌針長度3.5mm的攪拌頭完成如圖1_2中所示角接接頭，總共六組。焊接完成后得到圖2中所示筋條I的結(jié)構(gòu)。重復(fù)上述步驟，完成第二套筋條I的焊接。
[0066]先將一套筋條I布置在底板2上，通過攪拌摩擦焊搭接夾具裝配夾緊。筋條I與底板2的重疊部分即為需要進行焊接的部位。焊接參數(shù)選擇:轉(zhuǎn)速600rpm，焊接速度60mm/min,攪拌軸肩直徑20mm，攪拌針長度5.5mm。為保證筋條I與底板2的結(jié)合強度，每道筋條I上并列焊接兩道焊縫，兩道焊縫中心線間平行距離設(shè)為10mm。
[0067]第一套筋條I焊接結(jié)束后，對焊縫表面進行清理。將第二套筋條放置于已固定的筋條之上，按照上述要求，繼續(xù)完成焊接。全部工作結(jié)束后，再對于留出的加工余量和焊縫端部進行相應(yīng)的機械加工，完成筋條I的焊接工作，得到如圖2所示的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0068]實施例2:在整塊鋁板上焊接形成筋條的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)加工方法:
[0069]所需的帶網(wǎng)格的壁板如圖3-1和圖3-2所示，該實施例中的方法不需要預(yù)先單獨加工筋條結(jié)構(gòu)，而是將兩塊與底板相同長寬尺寸的鋁板3和4放置在底板之上。通過攪拌摩擦焊搭接夾具對其進行裝配固定。根據(jù)網(wǎng)格布置，如圖3-1所示，在鋁板3的表面劃線，主要目的是標(biāo)記出網(wǎng)格中筋條的位置。完成準(zhǔn)備工作后，選取焊接參數(shù):轉(zhuǎn)速900rpm，焊接速度80mm/min,軸肩直徑30mm,攪拌針長度9.5mm。按照劃線區(qū)域?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)完成攪拌摩擦焊焊接，同樣應(yīng)當(dāng)考慮多道搭接焊縫的重疊量，可設(shè)定為兩道焊縫，焊縫中心線間距為15_。
[0070]焊接完成后，更換攪拌頭為銑刀刀頭。如圖3-1所示即為銑刀刀頭的部分行走路線(沿焊縫邊緣)，銑刀進給量為8_。由圖3-2可以看出，鋁板3和4和底板5只有在筋條部分被焊接結(jié)合(圖3-2中陰影部分即焊縫)，其他部位仍然是分離的，這樣，銑刀繞焊縫邊緣行走一圈，即可以將多余的鋁板清除。
[0071]實施例3:加強筋條材質(zhì)與底板材質(zhì)不同的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)加工方法
[0072]加工尺寸如實施例3給出，底板5材料為2024鋁合金，該種鋁合金塑性較好，適宜做外貯箱壁板，具有良好的延展性。搭接板3，4材質(zhì)選取7075鋁合金，該種鋁材具有較高的強度，作為加強筋條可以使壁板在有高塑性的基礎(chǔ)上同時具有較高強度，以抵抗外界的沖擊和摩擦。該實施例即將攪拌摩擦焊異種鋁合金搭接技術(shù)運用于外貯箱壁的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)加工中，焊接參數(shù)與加工步驟同實施例2。
[0073]盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，該外貯箱網(wǎng)格壁板包括底板和網(wǎng)格筋條，其特征在于，采用攪拌摩擦焊設(shè)備進行加工，包括以下步驟: 步驟一、毛料板材的預(yù)切割和表面清理； 步驟二、選擇攪拌摩擦疊焊板材，所述疊焊板材的材質(zhì)根據(jù)底板材質(zhì)并遵循等化學(xué)成分匹配或者性能互補匹配的原則來選取；根據(jù)底板上的網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格尺寸和筋條的寬度確定所述疊焊板材的長度和寬度； 步驟三、設(shè)計用于固定底板和疊焊板材的攪拌摩擦疊焊接頭夾具； 步驟四、由攪拌摩擦疊焊板材形成網(wǎng)格筋條； 步驟五、精加工，包括:對攪拌摩擦疊焊筋條與底板的連接根部進行倒圓角處理、切除焊縫末端、對頂端焊縫表面去飛邊和毛刺及打磨圓角處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，其中，步驟四包括以下步驟: A-1)將攪拌摩擦疊焊板材的寬度切成大于筋條寬度10_的板條，并按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的布置拼接板條，板條與板條連接處通過攪拌摩擦焊連接，由此獲得筋條的框架結(jié)構(gòu)； A-2)按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度將該多個筋條的框架結(jié)構(gòu)疊放于所述底板上； A-3)板條表面為攪拌摩擦疊焊接頭表面，沿著板條的走向利用攪拌摩擦焊進行疊焊接頭焊接，將板條與底板連接上，在底板上初步獲得了網(wǎng)格狀筋條的形態(tài)； A-4)沿著焊縫邊緣切去多余部分，從而形成所需的網(wǎng)格筋條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于航天飛行器外貯箱網(wǎng)格壁板的快速制造方法，其中，步驟四包括以下步驟: B-1)將與所述底板等大的疊焊板材放置于底板上； B-2)在該疊焊板材上劃線標(biāo)記出網(wǎng)格筋條的分布，從而確定了焊接的位置，在劃線區(qū)域內(nèi)進行搭接接頭的焊接， B-3)—層疊焊板材焊接完成后，按照外貯箱網(wǎng)格壁板上網(wǎng)格狀筋條的高度決定需要疊加的疊焊板材的層數(shù)，各層疊焊板材均按照上述B-2)步驟依次焊接，相鄰兩層焊縫重疊； B-4 )完成所有層的疊焊板材焊接后，沿焊縫邊緣銑切，焊縫外圍的疊焊板材隨即脫落，從而形成所需的網(wǎng)格筋條。
【文檔編號】B23K20/12GK103639668SQ201310664866
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】胥妍, 楊新岐 申請人:天津大學(xué)