液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法
阅读说明：本技术 液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法 (Multi-part structure welding method for liquid rocket engine thrust chamber head injector ) 是由 李明刚 孙飞 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法,其特征在于：具体包括以下步骤：S1、焊接前处理：首先通过数控设备在圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准,S2、清洗除杂,S3、装配,S4、焊接,S5、后处理本发明涉及航天设备加工技术领域。该液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法,可实现将待焊接的喷头单元先进行整体装配至底座的焊接位置,再进行统一焊接处理,很好的达到了既快速又方便的进行焊接的目的,焊接方便,且焊接效率高,无需将多个待焊接的喷头单元与逐个的与固定底板上的喷孔进行装配对齐和焊接,操作简单,大大减轻了生产人员的劳动强度,大大方便了室头部喷注器的生产。(The invention discloses a method for welding a multi-part structure of a head injector of a thrust chamber of a liquid rocket engine, which is characterized by comprising the following steps of: the method specifically comprises the following steps: s1, pre-welding treatment: the method comprises the steps of marking a plurality of cross welding references on the lower end face of a circular base through numerical control equipment, S2, cleaning and removing impurities, S3, assembling, S4, welding, S5 and post-processing, and relates to the technical field of aerospace equipment processing. The method for welding the multi-part structure of the liquid rocket engine thrust chamber head injector can realize that the nozzle units to be welded are integrally assembled to the welding position of the base firstly and then are uniformly welded, the aim of quickly and conveniently welding is well achieved, the welding is convenient, the welding efficiency is high, the nozzle units to be welded are not required to be assembled, aligned and welded with the spray holes on the fixed base plate one by one, the operation is simple, the labor intensity of production personnel is greatly reduced, and the production of the chamber head injector is greatly facilitated.)
技术领域
本发明涉及航天设备加工技术领域，具体为液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法。
背景技术
液体火箭发动机是指液体推进剂火箭发动机，即使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统，常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等，两者储存在不同的储箱中，液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成，按照推进剂供应系统，可以分为挤压式和泵压式；按照推进剂组元可分为单组元、双组元、三组元；按照功能分，一类用于航天运载器和弹道导弹，液体火箭发动机工作时，推进剂和燃料分别从储箱中被挤出，经由推进剂输送管道进入推力室。推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化，形成细小液滴，被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧，在燃烧室中变成高温高压燃气。燃气经过喷管被加速成超声速气流向后喷出，产生作用在发动机上的推力，推动火箭前进，推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂通过喷注器注入燃烧室,经雾化,蒸发,混合和燃烧等过程生成燃烧产物,以高速(2500-5000米/秒)从喷管中冲出而产生推力。
目前的液体火箭发动机推力室头部喷注器在进行焊接较为繁琐，且焊接效率低，大多是直接将多个待焊接的喷头单元与逐个的与固定底板上的喷孔进行装配对齐和焊接，操作十分复杂，不能实现将待焊接的喷头单元先进行整体装配至底座的焊接位置，再进行统一焊接处理，无法达到既快速又方便的进行焊接的目的，大大增加了生产人员的劳动强度，降低了生产效率，从而给室头部喷注器的生产带来极大的不便。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，解决了现有的液体火箭发动机推力室头部喷注器在进行焊接较为繁琐，且焊接效率低，大多是直接将多个待焊接的喷头单元与逐个的与固定底板上的喷孔进行装配对齐和焊接，操作十分复杂，不能实现将待焊接的喷头单元先进行整体装配至底座的焊接位置，再进行统一焊接处理，无法达到既快速又方便的进行焊接的目的，大大增加了生产人员的劳动强度，降低了生产效率的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、焊接前处理：首先通过数控设备在液体火箭发动机推力室头部喷注器的圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准，再根据实际需求头部喷注器的工艺尺寸要求通过机加工设备加工制作焊接件；
S2、清洗除杂：将步骤S1刻基准和机加工完成后的底座和喷头单元先通过清水冲洗2-3次，再将冲洗完成后的底座和喷头单元放入超声波清洗池中，然后向超声波清洗池中倒入清洗液静置浸泡8-15min，之后启动超声波清洗设备，使底座和喷头单元在清洗液中进行全面的超声波清洗处理20-30min，再取出进行冲洗，冲洗后通过烘干设备进行烘干处理，从而完成焊接件的清洗处理；
S3、装配：先将待焊接喷头单元的一端贯穿安装于与喷头单元位置排布相适配的辅助安装固定件上，并通过辅助安装固定件每个插孔内部的夹紧结构进行预夹紧，然后通过夹具直接夹取辅助安装固定件，找正焊接件的外圆和端面，然后将喷注器整体结构件和圆形底座装配成形；
S4、焊接：通过焊接设备将步骤S3装配完成的喷注器整体结构件和圆形底座进行焊接，依次对喷头单元与圆形底座装配的最外圈和最内圈焊缝位置进行焊接，最后对每个喷嘴单元逐个采用对称的方式进行焊接固定，即得到头部喷注器；
S5、后处理：将步骤S4焊接完成的头部喷注器先通过冲洗设备进行冲洗，再通过烘干设备进行烘干处理，然后将烘干完成后的头部喷注器依次进行水压试验、气密性试验检测和漏率检测，从而完成整个头部喷注器的焊接工作。
优选的，所述步骤S1中圆形底座是以圆心为圆点由内至外刻有多圈喷嘴单元槽组，每圈喷嘴单元槽组由多个均布的喷嘴单元槽组成。
优选的，每个所述喷嘴单元槽内均开设有若干个通孔，若干个通孔在对应喷嘴单元槽内呈圆形分布。
优选的，所述步骤S5中漏率检测是通过氦质谱检漏工装对喷注器整体进行检测。
优选的，所述步骤S2中清洗液为氢氧化钠碱液、碳酸溶液或甘油有机溶剂中的一种，通过清洗液能够除去喷注器环整体件和圆形底座上的杂质和油污。
优选的，所述步骤S2和S5中烘干设备是采用型号为SUNDI-420W的高温真空烘干脱水一体机。
优选的，所述步骤S3中辅助安装固定件包括与圆形底座相适配的圆板，所述圆板上开设有与喷头单元相适配的安装孔，且安装孔在圆板上的位置排布与圆形底座上的喷孔分布相对应，所述安装孔的内侧安装有与喷头单元相适配的夹持部。
优选的，所述步骤S4中焊接设备是采用真空电子束焊接机。
(三)有益效果
本发明提供了液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下步骤：S1、焊接前处理：首先通过数控设备在液体火箭发动机推力室头部喷注器的圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准，S2、清洗除杂：将步骤S1刻基准和机加工完成后的底座和喷头单元先通过清水冲洗2-3次，再将冲洗完成后的底座和喷头单元放入超声波清洗池中，S3、装配：先将待焊接喷头单元的一端贯穿安装于与喷头单元位置排布相适配的辅助安装固定件上，S4、焊接：通过焊接设备将步骤S3装配完成的喷注器整体结构件和圆形底座进行焊接，依次对喷头单元与圆形底座装配的最外圈和最内圈焊缝位置进行焊接，S5、后处理：将步骤S4焊接完成的头部喷注器先通过冲洗设备进行冲洗，再通过烘干设备进行烘干处理，然后将烘干完成后的头部喷注器依次进行水压试验、气密性试验检测和漏率检测，从而完成整个头部喷注器的焊接工作，可实现将待焊接的喷头单元先进行整体装配至底座的焊接位置，再进行统一焊接处理，很好的达到了既快速又方便的进行焊接的目的，焊接方便，且焊接效率高，无需将多个待焊接的喷头单元与逐个的与固定底板上的喷孔进行装配对齐和焊接，操作简单，大大减轻了生产人员的劳动强度，从而大大方便了室头部喷注器的生产。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供三种技术方案：液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下实施例：
实施例1
液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、焊接前处理：首先通过数控设备在液体火箭发动机推力室头部喷注器的圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准，再根据实际需求头部喷注器的工艺尺寸要求通过机加工设备加工制作焊接件，圆形底座是以圆心为圆点由内至外刻有多圈喷嘴单元槽组，每圈喷嘴单元槽组由多个均布的喷嘴单元槽组成，每个喷嘴单元槽内均开设有若干个通孔，若干个通孔在对应喷嘴单元槽内呈圆形分布；
S2、清洗除杂：将步骤S1刻基准和机加工完成后的底座和喷头单元先通过清水冲洗2次，再将冲洗完成后的底座和喷头单元放入超声波清洗池中，然后向超声波清洗池中倒入清洗液静置浸泡12min，之后启动超声波清洗设备，使底座和喷头单元在清洗液中进行全面的超声波清洗处理25min，再取出进行冲洗，冲洗后通过烘干设备进行烘干处理，从而完成焊接件的清洗处理，清洗液为氢氧化钠碱液，通过清洗液能够除去喷注器环整体件和圆形底座上的杂质和油污；
S3、装配：先将待焊接喷头单元的一端贯穿安装于与喷头单元位置排布相适配的辅助安装固定件上，并通过辅助安装固定件每个插孔内部的夹紧结构进行预夹紧，然后通过夹具直接夹取辅助安装固定件，找正焊接件的外圆和端面，然后将喷注器整体结构件和圆形底座装配成形，辅助安装固定件包括与圆形底座相适配的圆板，圆板上开设有与喷头单元相适配的安装孔，且安装孔在圆板上的位置排布与圆形底座上的喷孔分布相对应，安装孔的内侧安装有与喷头单元相适配的夹持部；
S4、焊接：通过焊接设备将步骤S3装配完成的喷注器整体结构件和圆形底座进行焊接，依次对喷头单元与圆形底座装配的最外圈和最内圈焊缝位置进行焊接，最后对每个喷嘴单元逐个采用对称的方式进行焊接固定，即得到头部喷注器，焊接设备是采用真空电子束焊接机；
S5、后处理：将步骤S4焊接完成的头部喷注器先通过冲洗设备进行冲洗，再通过烘干设备进行烘干处理，然后将烘干完成后的头部喷注器依次进行水压试验、气密性试验检测和漏率检测，从而完成整个头部喷注器的焊接工作，漏率检测是通过氦质谱检漏工装对喷注器整体进行检测。
本发明实施例，步骤S2和S5中烘干设备是采用型号为SUNDI-420W的高温真空烘干脱水一体机。
实施例2
液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、焊接前处理：首先通过数控设备在液体火箭发动机推力室头部喷注器的圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准，再根据实际需求头部喷注器的工艺尺寸要求通过机加工设备加工制作焊接件，圆形底座是以圆心为圆点由内至外刻有多圈喷嘴单元槽组，每圈喷嘴单元槽组由多个均布的喷嘴单元槽组成，每个喷嘴单元槽内均开设有若干个通孔，若干个通孔在对应喷嘴单元槽内呈圆形分布；
S2、清洗除杂：将步骤S1刻基准和机加工完成后的底座和喷头单元先通过清水冲洗3次，再将冲洗完成后的底座和喷头单元放入超声波清洗池中，然后向超声波清洗池中倒入清洗液静置浸泡8min，之后启动超声波清洗设备，使底座和喷头单元在清洗液中进行全面的超声波清洗处理20min，再取出进行冲洗，冲洗后通过烘干设备进行烘干处理，从而完成焊接件的清洗处理，清洗液为碳酸溶液，通过清洗液能够除去喷注器环整体件和圆形底座上的杂质和油污；
S3、装配：先将待焊接喷头单元的一端贯穿安装于与喷头单元位置排布相适配的辅助安装固定件上，并通过辅助安装固定件每个插孔内部的夹紧结构进行预夹紧，然后通过夹具直接夹取辅助安装固定件，找正焊接件的外圆和端面，然后将喷注器整体结构件和圆形底座装配成形，辅助安装固定件包括与圆形底座相适配的圆板，圆板上开设有与喷头单元相适配的安装孔，且安装孔在圆板上的位置排布与圆形底座上的喷孔分布相对应，安装孔的内侧安装有与喷头单元相适配的夹持部；
S4、焊接：通过焊接设备将步骤S3装配完成的喷注器整体结构件和圆形底座进行焊接，依次对喷头单元与圆形底座装配的最外圈和最内圈焊缝位置进行焊接，最后对每个喷嘴单元逐个采用对称的方式进行焊接固定，即得到头部喷注器，焊接设备是采用真空电子束焊接机；
S5、后处理：将步骤S4焊接完成的头部喷注器先通过冲洗设备进行冲洗，再通过烘干设备进行烘干处理，然后将烘干完成后的头部喷注器依次进行水压试验、气密性试验检测和漏率检测，从而完成整个头部喷注器的焊接工作，漏率检测是通过氦质谱检漏工装对喷注器整体进行检测。
本发明实施例，步骤S2和S5中烘干设备是采用型号为SUNDI-420W的高温真空烘干脱水一体机。
实施例3
液体火箭发动机推力室头部喷注器的多零件结构焊接方法，具体包括以下步骤：
S1、焊接前处理：首先通过数控设备在液体火箭发动机推力室头部喷注器的圆形底座下端面标刻若干个十字焊接基准，再根据实际需求头部喷注器的工艺尺寸要求通过机加工设备加工制作焊接件，圆形底座是以圆心为圆点由内至外刻有多圈喷嘴单元槽组，每圈喷嘴单元槽组由多个均布的喷嘴单元槽组成，每个喷嘴单元槽内均开设有若干个通孔，若干个通孔在对应喷嘴单元槽内呈圆形分布；
S2、清洗除杂：将步骤S1刻基准和机加工完成后的底座和喷头单元先通过清水冲洗2次，再将冲洗完成后的底座和喷头单元放入超声波清洗池中，然后向超声波清洗池中倒入清洗液静置浸泡15min，之后启动超声波清洗设备，使底座和喷头单元在清洗液中进行全面的超声波清洗处理30min，再取出进行冲洗，冲洗后通过烘干设备进行烘干处理，从而完成焊接件的清洗处理，清洗液为甘油有机溶剂，通过清洗液能够除去喷注器环整体件和圆形底座上的杂质和油污；
S3、装配：先将待焊接喷头单元的一端贯穿安装于与喷头单元位置排布相适配的辅助安装固定件上，并通过辅助安装固定件每个插孔内部的夹紧结构进行预夹紧，然后通过夹具直接夹取辅助安装固定件，找正焊接件的外圆和端面，然后将喷注器整体结构件和圆形底座装配成形，辅助安装固定件包括与圆形底座相适配的圆板，圆板上开设有与喷头单元相适配的安装孔，且安装孔在圆板上的位置排布与圆形底座上的喷孔分布相对应，安装孔的内侧安装有与喷头单元相适配的夹持部；
S4、焊接：通过焊接设备将步骤S3装配完成的喷注器整体结构件和圆形底座进行焊接，依次对喷头单元与圆形底座装配的最外圈和最内圈焊缝位置进行焊接，最后对每个喷嘴单元逐个采用对称的方式进行焊接固定，即得到头部喷注器，焊接设备是采用真空电子束焊接机；
S5、后处理：将步骤S4焊接完成的头部喷注器先通过冲洗设备进行冲洗，再通过烘干设备进行烘干处理，然后将烘干完成后的头部喷注器依次进行水压试验、气密性试验检测和漏率检测，从而完成整个头部喷注器的焊接工作，漏率检测是通过氦质谱检漏工装对喷注器整体进行检测。
本发明实施例，步骤S2和S5中烘干设备是采用型号为SUNDI-420W的高温真空烘干脱水一体机。
综上，本发明可实现将待焊接的喷头单元先进行整体装配至底座的焊接位置，再进行统一焊接处理，很好的达到了既快速又方便的进行焊接的目的，焊接方便，且焊接效率高，无需将多个待焊接的喷头单元与逐个的与固定底板上的喷孔进行装配对齐和焊接，操作简单，大大减轻了生产人员的劳动强度，从而大大方便了室头部喷注器的生产。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。