运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法和系统与流程

本发明涉及航天运载火箭金属成形，具体地，涉及一种运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法和系统。

背景技术：

1、贮箱箱底是运载火箭贮箱的重要组成构件，是典型的大型、复杂、薄壁零件，其曲面构型一般为绕短轴回转的旋转椭球面，设计有效厚度仅2-6mm。传统上采用“分瓣成形+拼焊”方式，但由于箱底是重要的承压构件，飞行过程中承受高内压、轴压和振动载荷，大量焊缝的存在影响火箭发射可靠性的提升。运载火箭贮箱箱底“整体化”制造成为发展趋势。

2、经对现有技术的文献检索发现，箱底整体成形需要使用轧制成形的超宽板，目前国内外最先进的轧制线宽度不超过4.5米，形成批量连续轧制能力的超宽板最大尺寸为4.2-4.3米，该宽幅板材可成形的贮箱圆环的最大直径为3.5-3.8米，超过该尺寸必须采用拼焊板。

3、现实的问题是，对于直径超过3.8米大型圆环成形，国内外普遍采用了“厚板两两拼焊制坯+加热旋压成形+粗车+淬火+精加工”工艺路线，存在几大问题：1、拼焊焊缝位于零件中心横切面上，服役时在该薄弱区域率先发生破坏；2、焊缝在加热旋压过程中经历长时间热力循环加载，组织性能变差；3、实际零件厚度4-8mm，旋压成形工艺综合热处理、机械加工等变形因素，需要原材料厚度40-50mm，车削去除的材料高达90%，工艺流程复杂，成形、焊接及探伤周期长。4、厚板淬火芯部冷量明显小于表层，导致芯部力学性能偏低，而芯部是最终用于零件使役性能评价的，表层均被车削去除。在现实的环境中，现有文献公开案例中均在厚度方向留足车削余量，将导致材料淬透性风险增加。同时，淬火热处理变形破坏了毛坯件的尺寸精度，变形超过数十毫米，极易造成整件报废。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法和系统。

2、根据本发明提供的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，包括：

3、步骤s1：根据箱底设计图样，确定拼焊板结构和制备流程；

4、步骤s2：通过电子束焊接制备单层拼焊板；

5、步骤s3：对单层拼焊板进行固溶淬火；

6、步骤s4：组装两块单层拼焊板，通过氩弧焊封边，得到双层拼焊板；

7、步骤s5：对双层拼焊板进行液压胀形；

8、步骤s6：切除上、下法兰边余量，同时获得两件不带焊缝的箱底毛坯。

9、优选地，所述步骤s2包括：

10、第一板块宽幅≥4200mm×(ld+2k)，ld为单层拼焊板内接圆的直径，k为第二板块的宽度；第二板块和第三板块从第一板块长度余量上剪切获得，板幅≥4200mm×k；

11、采用电子束焊接第一板块和第二板块，再焊接第一板块和第三板块，并进行无损探伤，电子束功率为2000w，进给速度为300mm/min；采用同参数焊接试板，测试焊接系数不低于0.9。

12、优选地，所述步骤s3包括：

13、保温温度470℃-530℃，保温时间30-60min，淬火转移时间≤12s；

14、对淬火后的单层拼焊板进行校平，优化板形和上下板外间隙。

15、优选地，所述步骤s4包括：

16、将淬火后两块单层拼焊板进行组装，第一单层拼焊板和第二单层拼焊板的外圆投影重合；焊接打压嘴；

17、对双层拼焊板焊缝和密封情况进行检测和检漏。

18、优选地，所述步骤s5包括：

19、设计双层板胀形模具，双层拼焊板位于上下两个圆环模具中间，上、下圆环内径≥3.8米，在模具设计上采用增大板料流动阻力的结构；

20、将液体增压器连接至打压嘴上，上下圆环合模提供合模压边力，增压器增压在双层拼焊板间填充高压液体，形成密封腔体，双层板发生变形；

21、进行分步胀形，对过程中上下型面进行三维扫描，与目标型面进行对比，达到预期精度后停止胀形，液体卸载并回收。

22、根据本发明提供的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，包括：

23、模块m1：根据箱底设计图样，确定拼焊板结构和制备流程；

24、模块m2：通过电子束焊接制备单层拼焊板；

25、模块m3：对单层拼焊板进行固溶淬火；

26、模块m4：组装两块单层拼焊板，通过氩弧焊封边，得到双层拼焊板；

27、模块m5：对双层拼焊板进行液压胀形；

28、模块m6：切除上、下法兰边余量，同时获得两件不带焊缝的箱底毛坯。

29、优选地，所述模块m2包括：

30、第一板块宽幅≥4200mm×(ld+2k)，ld为单层拼焊板内接圆的直径，k为第二板块的宽度；第二板块和第三板块从第一板块长度余量上剪切获得，板幅≥4200mm×k；

31、采用电子束焊接第一板块和第二板块，再焊接第一板块和第三板块，并进行无损探伤，电子束功率为2000w，进给速度为300mm/min；采用同参数焊接试板，测试焊接系数不低于0.9。

32、优选地，所述模块m3包括：

33、保温温度470℃-530℃，保温时间30-60min，淬火转移时间≤12s；

34、对淬火后的单层拼焊板进行校平，优化板形和上下板外间隙。

35、优选地，所述模块m4包括：

36、将淬火后两块单层拼焊板进行组装，第一单层拼焊板和第二单层拼焊板的外圆投影重合；焊接打压嘴；

37、对双层拼焊板焊缝和密封情况进行检测和检漏。

38、优选地，所述模块m5包括：

39、设计双层板胀形模具，双层拼焊板位于上下两个圆环模具中间，上、下圆环内径≥3.8米，在模具设计上采用增大板料流动阻力的结构；

40、将液体增压器连接至打压嘴上，上下圆环合模提供合模压边力，增压器增压在双层拼焊板间填充高压液体，形成密封腔体，双层板发生变形；

41、进行分步胀形，对过程中上下型面进行三维扫描，与目标型面进行对比，达到预期精度后停止胀形，液体卸载并回收。

42、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

43、（1）本发明根据箱底设计图样，确定拼焊板结构和制备流程，可实现法兰余量区焊缝经切除后，4米级整体箱底完全无缝；

44、（2）本发明采用厚度仅6-15mm薄板，根本上实现近净成形，所成形箱底不需经过机械加工，可直接用于贮箱结构装配，节省大量原材料和加工费用；

45、（2）本发明采用双层拼焊板液压胀形实现自密封，设备要求低，效率高，一次胀形同步加工2件产品。

1.一种运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

3.根据权利要求1所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

4.根据权利要求1所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

5.根据权利要求1所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

6.一种运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，其特征在于，所述模块m2包括：

8.根据权利要求6所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，其特征在于，所述模块m3包括：

9.根据权利要求6所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，其特征在于，所述模块m4包括：

10.根据权利要求6所述的运载火箭贮箱整体箱底近净制坯系统，其特征在于，所述模块m5包括：