表面張力貯箱電子束焊接工藝研究

于 康，謝榮華，陳曉江

（上海空間推進(jìn)研究所,上海201112）

0 引言

表面張力貯箱是利用液體推進(jìn)劑表面張力作用以實(shí)現(xiàn)在微重力狀態(tài)下對推進(jìn)劑進(jìn)行管理、輸運(yùn)的一種貯箱，該貯箱無運(yùn)動(dòng)部件，全金屬焊接結(jié)構(gòu)，與推進(jìn)劑相容，可實(shí)現(xiàn)軌姿控液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在軌長壽命運(yùn)行[1-2]，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)，可完成衛(wèi)星變軌、軌道修正、姿態(tài)保持等功能[3]。隨著衛(wèi)星技術(shù)的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、尺寸、容量日趨大型化、柔性化、復(fù)雜化和長壽命化，為此需要攜帶更多推進(jìn)劑、高可靠、超輕型表面張力貯箱姿軌控液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)[4-5]。

超輕型大直徑表面張力貯箱是采用超塑成型與真空電子束焊接工藝制造完成的。

1 表面張力貯箱設(shè)計(jì)要求

圖1為某大直徑貯箱合攏焊縫焊接的局部簡化示意圖，焊縫直徑大于800 mm。赤道圓合攏焊縫由上殼體和下殼體通過電子束焊接完成，殼體材料為TC4，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1和表2。表面張力貯箱和赤道圓合攏焊縫設(shè)計(jì)要求見表3。

圖1 貯箱合攏焊縫示意圖Fig.1 Schematic for closure weld of tank

表1 TC4鈦合金的化學(xué)成分Tab.1 Chemical compositions of TC4 titanium alloy

表2 TC4鈦合金的力學(xué)性能Tab.2 Mechanical properties of TC4 titanium alloy

表3 貯箱及赤道圓合攏焊縫設(shè)計(jì)要求Tab.3 Design requirements of tank and closure weld of tank

2 真空電子束焊接工藝

真空電子束焊接是利用匯聚的高速電子束流轟擊工件接縫，在接縫處產(chǎn)生大量熱量，該熱量使被焊金屬迅速熔化、蒸發(fā)并熔合為一體的一種焊接方法。在高壓金屬蒸汽作用下熔化的金屬被排開，電子束就能繼續(xù)撞擊更深處的固態(tài)金屬并鉆出一個(gè)鎖形小孔，即產(chǎn)生所謂的“匙孔”效應(yīng)[6]。……