中国国防科技信息网讯 提起火箭贮箱总对接环缝的焊接，很容易联想到一群工人拖着大筒段在不同工位间不停地忙碌。“不久后，这样的一幕将很难再见到了。”中国航天科技集团公司首席工艺专家、集团公司八院149厂总工程师兼副厂长郭立杰感慨地说。
近日，我国首台大型环缝总对接搅拌摩擦焊接装备在中国航天科技集团公司八院149厂完成研制，并交付车间使用。该装备可在同一工位实现大型火箭贮箱多节筒段与箱底的装夹运动、端面铣削、支撑定位、搅拌摩擦焊接和质量监控等，总体性能和技术指标达到国际先进水平，为实现运载火箭贮箱全搅拌摩擦焊提供了先进可靠、拥有自主知识产权的关键高端装备。
高端装备自主化
走进149厂焊接现场，一台20多米长的庞然大物赫然出现在眼前：左侧是新一代运载火箭的贮箱，3个筒段已经完成环缝焊接；右侧是内支撑，是一个像伞一样可以分16个弧面不同程度收缩的“轱辘”；中间则是一个车装焊一体化的龙门式机床，配有焊接主轴、外夹盘、压力和温度监测装置、摄像头等，堪称巨型设备与精密仪器的完美结合。
“这就是目前国内第一台可实现火箭贮箱总对接环缝搅拌摩擦焊接、第一台集成多种多功能、体积最大的搅拌摩擦焊接装备。”据航天工程装备（苏州）有限公司副总经理乔汝旺介绍，在美国、日本等工业先进国家，搅拌摩擦焊技术已逐步替代了以往的熔焊工艺，航天大型关键结构的铣削、装夹、焊接一体化数控复合加工技术与装备首先是在这些国家得到工业应用。 我国搅拌摩擦焊技术研究及装备研制尽管起步比一些工业先进国家较晚，但差距并不大。
在新一代运载火箭研制需求牵引下，经过多年的努力，149厂和211厂逐步探索出部分搅拌摩擦焊装备和工艺，在火箭贮箱筒段纵缝、箱底纵缝和环缝以及其他一些航天产品上得到了应用，并成功推广到电子、电力、船舶、铁道车辆等行业。今年4月，该厂已成功用这台装备焊接了直径3.35米的运载火箭贮箱试验件。结果表明，与传统熔焊相比，该试验件焊接变形明显减小，无焊接缺陷，焊接过程中没有弧光、辐射和金属蒸发，真正实现了高质量、绿色环保制造。
功能集成创新多
“它并不是简单的功能集成和设备放大，而是使用了很多新技术、新材料、新工艺和新装置。”该厂项目团队成员细数道，“其中最关键的是高精度装配技术。” 由于搅拌摩擦焊接产生的顶锻力会使焊接工件发生偏移和变形，如何在几吨力的作用下，使工装仍然保持足够的刚性是设备制造的关键技术之一。为此，研发人员花了半年的时间，对多个800毫米直径的缩比试验件进行了试验摸索。
设计人员最终创新研发出“外夹内撑”式装夹机构，同时，支撑机构中的拉紧机构还能产生一定范围的侧向拉力以拉紧待焊的焊缝。该工装安装简易、对零件状态适应性强，实现了大型环缝搅拌摩擦焊的有效背部支撑，保证了工件圆度和焊前对接间隙满足搅拌摩擦焊工艺要求。 焊接完成后，焊接主轴在焊缝的终点留下了一个孔，这个孔必须收掉。“国外普遍采用塞焊的方式实现收孔，但可以有更合适的方法。”郭立杰说。为解决这个问题，他们创新研制出具备电伺服回抽功能的搅拌摩擦焊电主轴；电主轴电机带动搅拌针转动、回抽电机带动搅拌针变化伸出部分的长短，以此消除“匙孔”。此项技术达到了国际领先水平。
目前，国外同类设备焊接轴大都在机床9点方向。该厂设计人员通过仿真发现，搅拌头在这个位置上焊接，设备会出现一定移动现象。他们创新出12点方向的方案。“我们希望能总结出更好的技术，研制出更多不同设备，让客户有更多的选择。”郭立杰说。