13621188892
工业机器人“出手” 火箭喷管焊接不那么难了
发布时间:2019-03-12 浏览:921次

1553015O4-0

  竖焊、直接成型、无需在线定位系统……2月25日,蓝箭航天发布工业激光焊接机器人焊接火箭发动机喷管的视频,其自主研发的“天鹊”(TQ-12)80吨液氧甲烷发动机喷管,由机器人进行激光焊接一次成功,目前已经顺利下线。

  “以前熟练的焊接技术人员两个人同时焊接需要一个月时间,现在用机器人焊接两天时间就能完成。”蓝箭航天创始人、CEO张昌武介绍,80吨液氧甲烷发动机的喷管直径约为1米以上,机器人全自动激光焊接,可大幅度降低喷管制造成本,缩短制造周期,提高产品质量,便于实现产品的批量化制造。

  喷管像“蜂巢”,能抗“水深火热”

  火箭发射和飞行时,经过喷管的燃气温度在1000—3000摄氏度之间。“虽然温度没有太阳高,但是每平方米感受到的热量与太阳表面非常接近。”业内专家表示,人类目前掌握的耐高温金属材料,均无法承受。

  为此,液体火箭发动机上使用推进剂对喷管进行冷却。通过将喷管的结构做成夹层,让推进剂在进入燃烧室之前,先在夹层里“转一圈”,带走热量,保证喷管不被烧毁。

  夹层式喷管的横断面更像一个蜂巢板,中间流淌的是“冰”,表面则要耐受太阳般的热度。“水深火热”的模式对夹层间的“牢固度”提出了巨大的挑战。

  工程上保证“牢固度”的方法是依靠焊接,让构成夹层的内外“两体”合为“一体”,但是喷管的结构复杂、外形庞大、且焊接变形控制要求高,一点点裂缝或者气泡就可以造成火箭在飞行过程中喷管损毁,因此对焊接质量提出了非常高的要求。

  机器人“出手”,提质增效

  除了温度的骤变,喷管还要经受各种力的“蹂躏”——轴向的推力、内部的液压、强烈的震动……因此要有足够的结构强度、刚度,但航天部件又要尽可能轻,以提高发动机推重比。因此喷管在轻和薄的同时,又要刚和韧。

  焊接壁管往往小于1毫米,且要克服焊接造成的变形,对于人工来说要求相当苛刻。很多航天“焊将”为了练得合格的技术,甚至手绑沙袋长时间训练。

  “为了实现液体火箭发动机的智能化制造,蓝箭航天‘天鹊’80吨液氧甲烷发动机喷管选择了机器人激光焊接。一年多时间里,我们的工程师不断试验,实现了自主创新,同时建成了喷管机器人激光自动化焊接设备。”张昌武介绍,机器人“焊将”无需使用内壁肋条X光在线定位系统,大幅度降低了设备的复杂性和成本,而且形变可控、可以直接成型。

  由于其柔性化程度高,可达面积大,机器人“焊将”还可兼顾发动机其他零组件焊接。张昌武说,随着后续工艺的进一步成熟,焊接时间有望压缩至10小时以内,制造周期和成本仅为螺旋管束喷管的1/10左右。整套工艺、工装方案已于2018年**申报发明**。


Related Information
相关信息
焊接技术及焊接的发展历史
焊接技术及焊接的发展历史
  焊接技术焊接技术自发明至今已有百余年的历史,工业生产中的一切重要产品,如航空、航天及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接技术。当前,新兴工业的发展迫使焊接技术不断前进,如微电子工业的发展促进了微型连接工艺和设备的发展;陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊、喷涂以及粘接工艺的发展。所以焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展,主要体现在以下几个方面:  1能源方面目前,焊接热源已非常丰富,如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离于、电子束、激光束、微波等等,但焊接热源的研究与开发并未终止,其新的发展可概括为三个方面:首先是对现有热源的改善,使它更为有效、方便、经济适用,在这方面,电子束和激光束焊接的发展较显著;其次是开发更好、更有效的热源,采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度,例如在电子束焊中加入激光束等;第三是节能技术。由于焊接所消耗的能源很大,所以出现了不少以节能为目标的新技术,如太阳能焊、电阻点焊中利用电子技术的发展来提高焊机的功率因数等。  2计算机在焊接中的应用弧焊设备微机控制系统,可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制,对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留,从而给出焊接质量的确切信息。目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统、PID调节系统、控制及自适应控制系统等。这些系统均在电弧焊、压焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用。计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人们的重视。目前,计算机模拟技术已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等的模拟;数据库技术被用于建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等;在焊接领域中,CAD/CAM的应用正处于不断开发阶段,焊接的柔性制造系统也已出现。  3焊接机器人和智能化焊接机器人是焊接自动化的革 命性进步,它突破了焊接刚性自动化的传统方式,开拓了一种柔性自动化新方式,焊接机器人的主要优点是:稳定和提高焊接质量,保证焊接产品的均一性;提高生产率,一天可24小时连续生产;可在有害环境下长期工作,改善了工人劳动条件;降低了对工人操作技术要求;可实现小批量产品焊接自动化;为焊接柔性生产线提供了技术基础。为提高焊接过程的自动化程度,除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外,还应实时控制焊接质量,为此需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况,如熔宽、熔深和背面焊道成形等,以便能及时地调整焊接参数,保证良好的焊接质量,这就是智能化焊接。智能化焊接的发展重 点在视觉系统,它的关键技术是传感器技术。虽然目前智能化还处在初级阶段,但有着广阔前景,是一个重要的发展方向。有关焊接工程的专家系统,近年来国内外已有较深入的研究,并已推出或准备推出某些商品化焊接专家系统。焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经验水平,以及具有解决焊接专门问题能力范围的计算机软件系统。在此基础上发展起来的焊接质量计算机综合管理系统在焊接中也得到了应用,其内容包括对产品的初始试验资料和数据的分析、产品质量检验、销售监督等,其软件包括数据库、专家系统等技术的具体应用。  4提高焊接生产率焊接技术提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力。提高生产率的途径有二个方面:其一,是提高焊接熔敷率。手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺;埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类,其效果显著。例如三丝埋弧焊,其工艺参数分别为2200AX33V;1400AX40V1100AX45V,采用坡口截面较小,背面采用挡板或衬垫,50-6mm的钢板可一次焊透成形,焊速达到0.4m/min以上,其熔敷效率是手弧焊的100倍以上。其二,是减少坡口截面及熔敷金属量,近10年来突出的成就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础,利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何,均可采用对接形式。例如,钢板厚度由50-300mm,间隙均可设计为13mm左右,因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍地降低,从而大大提高了生产率。窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。为解决这两个问题,世界各国开发出多种不同方案,因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时,可采用对接接头,且不用开波口,因此是理想的窄间隙焊接法,这是它们受到广泛重视的重要原因之一。
返回顶部