毕业设计（论文）-航天燃料贮箱支架的结构及焊接工艺设计.docx

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1、本科毕业设计航天燃料贮箱支架的结构及焊接工艺设计TheStructureofAviationFue1forTankBracketandTheDesignofWe1dingProcess学院名称：专业班级：学生姓名：指导教师姓名:指导教师职称:20XX年6月摘要：社会日益进步，工业飞速发展，特别是制造业。二十世纪制造业大都采用铸造结构件，随着制造业的迅猛发展，传统铸造结构件因其各种缺陷正逐渐被焊接结构件所取而代之。焊接结构件具有制作设备简单，无需模具、生产速度快、质量相对铸件更为轻巧、校正迅速等优点，因此，美、德、日等制造业巨头正以焊接结构件逐步替换铸造结构件。本课题主要对航天燃料贮箱支架结构件

2、及焊接工艺进行设计，进行了航天燃料贮箱支架的分析，包括航天燃料贮箱支架的简介、航天燃料贮箱支架技术要求及材料的选用。对航天燃料贮箱接头形式进行了设计并制定了航天燃料贮箱支架的焊缝位置、焊接顺序、坡口的选择及加工方案。同时本文对16M的性能、化学成分进行了深刻的分析，并在分析之后的基础上制定了针对航天燃料贮箱支架的等离子弧焊的设计工艺，包括对等离子弧焊装备的描述、等离子弧焊的各项工艺参数设计、航天燃料贮箱支架材料焊接性能分析、焊接前准备、焊后处理以及焊接检验等。关键词：航天燃料贮箱支架；等离子弧焊接；TheStructureofAviationFue1forTankBracketandTheDe

3、signofWe1dingProcessAbstract:Withtherapiddeve1opmentofthesocietyandindustry,especia11ythedeve1opmentofmanufacturingindustry.Inthetwentiethcentury,mostofmanufacturingadoptedcastingstructure,butnowithasbeenchangedbywe1dingstructure,thereasoniswe1dedstructureproductioncyc1eisshort,1ightqua1ityandequipm

4、entrequiredforre1ative1ysimp1e(withoutwoodproduction,noneedforsme1tingequipment)improvedquick1y,advantagesandfavoredbythemanufacturer.Therefore,intheUSA,UKandJAPAN,theremoremachinetoo1manufacturersbeinggradua11yrep1acedbywe1dingpartsofthemajorityofironcastings.Thesubjectofdesignmain1ythestructureofa

5、viationfue1fortankbracketandthedesignofwe1dingprocesswhichana1yzesthetankwithscaffo1dana1ysis,inc1udingintroductionandtechnica1requirementsofscaffo1dmateria1sse1ection,thesupport.Maketheformandpositionofwe1djointframewe1ding,we1dingsequenceandgroovese1ectionandprocessingsupport.Indexofthechemica1com

6、positionandmechanica1propertiesof16Mnisana1yzed.Andonthisbasis,deve1opedasetofp1asmaarcwe1dingprocessdesign,inc1udingmateria1ana1ysis,describesthep1asmaarcwe1dingequipment,thetechnica1parametersofp1asmaarcwe1ding,we1dingpreparation,we1dingprocessingandwe1dinginspection.Keywords：thestructureofaviatio

7、nfue1fortankbracket；p1asmaarcwe1ding；摘要IAbstract错误!未定义书签。第1章绪论11.1 课题的目的意义11.2 课题的国内外现状及存在的问题11.2.1 国内外研究现状11.2.2 存在的问题及解决方案21.3 课题的指导思想21.4 课题应解决的主要问题3第2章支架焊接工艺设计42.1 焊缝位置的确定及结构型式42.1.1 焊接的焊缝位置及接头形式42.1.2 焊缝结构型式42.2 焊接方法的选择52.3 焊接顺序的确定82.3.1 焊接顺序的重要性82.3.2 焊接顺序92.4 坡口的设计及确定92.4.1 坡口的定义及坡口分类92.4.2 坡

8、口的加工102.5 焊接工艺参数的选择10第3章支架结构设计工艺过程133.1 贮罐用支架的分析133.1.1 必须要有足够的强度133.1.2 避免共振133.2 支架结构的简介及设计要求133.3 支架材料的选择153.4 焊前准备153.5 焊后处理及检验163.5.1 等离子弧焊接的常见缺陷及预防163.5.2 检验焊接焊缝质量的方法163.6 支架焊接方案流程图16第4章经济的可行性分析及制约因素对方案影响184.1 经济的可行性分析184.2 制约因素对方案的影响18结论19致谢20参考文献21VI第一章绪论1.1 课题的目的及意义航天是中国目前最为重要的行业之一，对空资源的争夺也

9、日益激烈。2016年4月24日被定位中国航天日，可见航天的重要性。航天燃料的贮存也就显的有为重要。航天燃料贮箱支架的结构及焊接工艺设计一直是航天大国研究的重要项目，但由于这方面资料的保密程度极高，所以很难找到这方面的相关资料。本课题的目的就是想对航天燃料贮箱支架的结构及焊接工艺进行设计，设计出简单方便的支架结构并找出合适的焊接方法为中国航天事业做出贡献。1.2 国内外研究现状及存在的问题1.2.1 国内外研究现状在20世纪，全世界大都采用铸造的方法来获取支架结构，但是由于支架材料选取问题,导致铸造出来的支架各个方面性能都不太复合使用要求。比如支架材料选取灰铸铁，灰铸铁中含有大量的片状石墨，因为

10、石墨本身的缺点，导致铸造所得的支架结构综合力学性能如抗拉强度、塑性、冲击韧性等）明显低于其他材料，比如钢材。二十世纪中期，美国、德国、日本等制造业巨头为了提高支架结构的综合力学性能开始采用焊接的方式将支架的相关结构（选用物理性能和力学性能与灰铸铁铸件相似的碳素结构钢材料，而且碳钢材料具有良好的焊接性能）连接起来，经过多次实验，发现通过焊接方式做出来的支架综合性能可以较好的满足实用要求。在20世纪末期，日本久保田株式会社在旗下的一款联合收割机中张紧轮支架率先采用了一款T型支架结构形式，受到了全世界的广泛运用，如今T型支架以及是收割机中的一种常见的结构形式。T形支架对轴的垂直度要求比较高,如果轴的

11、垂直度不能达标，那么就会使张紧轮发生摆动,会导致皮带振动，随之产生磨损和掉带,极大的影响了机器的寿命和使用性能。这种T型支架的焊缝多、刚性小,是非常典型的易变形焊件，同时焊后想要保证轴的垂直度，难度大。T形支架结构材料均为Q235A,由于材料的焊接性能较好,并在合理的装焊工艺条件下,正常情况下不容易产生比较大的气孔、裂纹等焊接缺陷。采用合理的装焊工艺和焊接方法,并有焊接工艺的保证,可以在极大程度上控制焊接变形,从而在根本上处理了T形张紧轮支架中轴的垂直度不合格的难题。3国内航天事业起步相比国外要晚一些，所以导致航天燃料贮箱支架的结构及焊接工艺进行设计这方面的工作要远落后于美、德、日等制造业强国

12、。如YZ440液压支架，是20世纪末期的支架产品，国内没有该产品的生产经验,所以在后来的试制和生产过程中现了各种各样的问题，其中焊接裂纹是所有问题中最突出的一个。为了能够解决焊接裂缝这个难题，20世纪末期一些焊接界的杰出人物提出了一些建议：首先要有合理的焊接设计，应该要有平缓、圆滑过渡；其次选择恰当的材料，如低碳、低合金的钢材；预热也须注意，因为预热有一定的改善性能的作用，预热温度的选择则是非常难以确定地；还要考虑零件加工、装配地顺序,装焊次序十分重要,装配工人不按规定顺序来装焊,将产生大量的焊接裂纹。为了防止焊接裂纹的产生并控制产生的数量,杰出人士们进行了大量的研究以及反复的试验工作，基本上

13、掌握了焊接裂纹产生的原因，并且控制了焊接裂纹产生的数量，这样就能提高YZ440液压支架的焊接质量，从而国内的YZ440液压支架的质量和产量得到了大幅提升。国内外对转子支架都非常重视，因为转子支架是发电机中最重要的转动部件，其质量的优劣直接影响机组运行。我国早在20世纪80年代就对圆盘式支架焊接进行了大量研究，成功地制造了红石电站，又与国外合作制造了隔河岩电站，90年代相继制造了岩滩、五强溪等电站，因此我国对圆盘式支架焊接积累大量宝贵丰富的经验。由于瑞士ABB公司所设计的转子支架的结构与我国传统的结构在很多方面都不同，其焊接接头形式多种多样、焊接应力分布不均匀、结构复杂、分装配工作量大、工位器具

14、多。因此存在两个问题国。第一、因为ABB公司设计地结构问题使焊接之后的外圆支臂的前端伸出部分变形较大；第二、受生产进度的影响，支臂并没有在定位架上进行装配，造成组装后的错口较大。我国经过合理的研究最终解决了上诉问题，解决方案如下:对结构进行改进，在筋板的另一侧也装有同样的角钢，使筋板两侧的热输入量均匀，避免变形过大；生产进度的安排能够按工艺的要求进行，在第二台转子支架的生产中，16个支臂全部在定位架上完成装配，使高度、尺寸能够尽量一致。1959年，美国发明了世界上第一个焊接机器人，焊接机器人的研发成功解决了液压支架焊接的难题。液压支架是实现高产高效机械化采煤的关键设备。圉长期以来，在液压支架制

15、造中，普遍采用手工焊接，难以保证焊接的质量和效率；同时工人的工作环境差，劳动强度大，对工人的身心健康影响巨大。因此，在研制适用于液压支架的焊接机器人迫在眉睫。借助于虚拟样机技术，研发适应煤矿液压支架的焊接机器人，对于保证焊接机器人机械系统的性能，提高焊接机器人的研发效率、可靠性以及性能价格比等均具有十分重要的意义。1.2.2 存在的问题及解决方案综上所述，国内外支架焊接存在以下问题：例如T型支架垂直度不够，焊件易发生摆动；例如YZ440液压焊接支架裂纹是最突出的问题，例如转子支架焊接结构问题以及组装问题明显。在贮罐支架焊接的设计中，对于垂直度、焊接裂纹的问题，将采用合理的焊接工艺与合理的焊接方法；对于支架结构与组装问题，通过合理的焊接顺序来遏制此类问题的产生。1. 3本课题的指导思想基于计算机绘图，该毕业设计主要对支架结构件的连接工艺进行设计，设计过程需要解决的关键技术问题包括接头形式的设计、焊接方法和焊接材料的选择、焊接工艺参数的选取、焊接顺序的合理确定以及焊接工艺卡的编制。最终绘制出焊接零件图、工艺图以及零件装配图，详细的阐述贮罐用支架焊接工艺的整体过程。1.4本课题要解决的问题该毕业设计主要对支架结构件的连接工艺进行设计，设计过程需要解决的关键技术问题包括：(1)焊接接头的选择；(2)焊接方法和焊接材料的选择；(3)焊接工艺参数的选取；(4)焊接顺序的确定；(5)焊接质