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2023-08-02
固体火箭发动机壳体焊接技术优化
【摘要】：固体火箭发动机构件的接头形式尺寸如图4-2-38所示。图4-2-38 火箭发动机壳体焊接接头2）提高加速电压：提高加速电压Ua，进一步提高电子束焦点的功率密度，从而使热影响区的软化带宽度更窄。发动机壳体焊接接头的抗拉强度为1.78GPa，接头抗拉强度降低4%左右。国外同类钢种42Cr2MnSiNiMo厚度为4.5mm，淬火态试件真空电子束焊时，抗拉强度和接头强度分别下降22%和6%。表4-2-8 发动机壳体电子束焊焊接参数
固体火箭发动机构件的接头形式尺寸如图4-2-38所示。材料30Cr3中碳调质钢。筒体制作工艺流程：分段筒体旋压——退火——热处理（淬火+低温回火）——真空电子束焊，将电子束焊作为发动机壳体加工的最后一道工序。在EBW2100/15-150CNC型真空电子束焊机（最大加速电压150kV；最大电子束流100mA；最大功率15kW）上，进行真空电子束焊。
（1）筒体焊接技术要求 焊缝100%X射线拍片，按GB/T3323—2005标准Ⅰ级焊缝验收；焊接接头抗拉强度Rm≥1.617GPa；塑性断裂；产品爆破压力pb≥26.82MPa。
（2）技术难点 容易出现冷裂纹；中碳调质钢焊接热影响区软化。
（3）主要工艺措施 主要措施如下：
1）高真空度：真空度Pvac要求小于2×10-2Pa。相同功率下，真空度越高，电子束不易散射，束流的能量密度越集中，焊缝的热影响区越窄。
图4-2-38 火箭发动机壳体焊接接头
2）提高加速电压：提高加速电压Ua，进一步提高电子束焦点的功率密度，从而使热影响区的软化带宽度更窄。
3）选择合适的焊接速度Vw；为避免焊接冷裂纹和过热区的脆化，焊接速度不宜太快，为减小热影响区的软化程度，焊接速度也不能太慢。
4）焊前预热：利用散焦电子束对接头进行一定时间的预热，避免产生冷裂纹，降低热影响区的硬度，改善焊接接头的性能。
5）回火处理：焊接结束用散焦电子束及时对焊缝进行回火的处理，降低焊缝冷却速度，减小冷裂纹倾向，有助于消除应力和改善接头性能。
6）通过电子束焊试验，优化焊接参数，发动机壳体实际使用的电子束焊焊接参数见表4-2-8。
发动机壳体焊接接头的抗拉强度为1.78GPa，接头抗拉强度降低4%左右。国外同类钢种42Cr2MnSiNiMo厚度为4.5mm，淬火态试件真空电子束焊时，抗拉强度和接头强度分别下降22%和6%。按1∶1比例焊接制作的产品的爆破试验pb≥27MPa（焊缝未破裂）。焊接接头的抗拉强度以及爆破压力均已达到设计指标，焊缝强度系数可达96%。
表4-2-8 发动机壳体电子束焊焊接参数
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