工業機器人“出手” 火箭噴管焊接不那么難了

來源: 科技日報

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關鍵詞:工業機器人 機器人 噴管焊接

        豎焊、直接成型、無需在線定位系統……2月25日,藍箭航天發布工業激光焊接機器人焊接火箭發動機噴管的視頻,其自主研發的“天鵲”(TQ-12)80噸液氧甲烷發動機噴管,由機器人進行激光焊接一次成功,目前已經順利下線。


      “以前熟練的焊接技術人員兩個人同時焊接需要一個月時間,現在用機器人焊接兩天時間就能完成。”藍箭航天創始人、CEO張昌武介紹,80噸液氧甲烷發動機的噴管直徑約為1米以上,機器人全自動激光焊接,可大幅度降低噴管制造成本,縮短制造周期,提高產品質量,便于實現產品的批量化制造。


      噴管像“蜂巢”,能抗“水深火熱”


      火箭發射和飛行時,經過噴管的燃氣溫度在1000—3000攝氏度之間。“雖然溫度沒有太陽高,但是每平方米感受到的熱量與太陽表面非常接近。”業內專家表示,人類目前掌握的耐高溫金屬材料,均無法承受。


      為此,液體火箭發動機上使用推進劑對噴管進行冷卻。通過將噴管的結構做成夾層,讓推進劑在進入燃燒室之前,先在夾層里“轉一圈”,帶走熱量,保證噴管不被燒毀。


      夾層式噴管的橫斷面更像一個蜂巢板,中間流淌的是“冰”,表面則要耐受太陽般的熱度。“水深火熱”的模式對夾層間的“牢固度”提出了巨大的挑戰。


      工程上保證“牢固度”的方法是依靠焊接,讓構成夾層的內外“兩體”合為“一體”,但是噴管的結構復雜、外形龐大、且焊接變形控制要求高,一點點裂縫或者氣泡就可以造成火箭在飛行過程中噴管損毀,因此對焊接質量提出了非常高的要求。


      機器人“出手”,提質增效


      除了溫度的驟變,噴管還要經受各種力的“蹂躪”——軸向的推力、內部的液壓、強烈的震動……因此要有足夠的結構強度、剛度,但航天部件又要盡可能輕,以提高發動機推重比。因此噴管在輕和薄的同時,又要剛和韌。


      焊接壁管往往小于1毫米,且要克服焊接造成的變形,對于人工來說要求相當苛刻。很多航天“焊將”為了練得合格的技術,甚至手綁沙袋長時間訓練。


      “為了實現液體火箭發動機的智能化制造,藍箭航天‘天鵲’80噸液氧甲烷發動機噴管選擇了機器人激光焊接。一年多時間里,我們的工程師不斷試驗,實現了自主創新,同時建成了噴管機器人激光自動化焊接設備。”張昌武介紹,機器人“焊將”無需使用內壁肋條X光在線定位系統,大幅度降低了設備的復雜性和成本,而且形變可控、可以直接成型。


      由于其柔性化程度高,可達面積大,機器人“焊將”還可兼顧發動機其他零組件焊接。張昌武說,隨著后續工藝的進一步成熟,焊接時間有望壓縮至10小時以內,制造周期和成本僅為螺旋管束噴管的1/10左右。整套工藝、工裝方案已于2018年全面申報發明專利。


    (審核編輯: 智匯小新)

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