長征系列液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管銼修技術(shù)

陳建偉，王建武

（西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)廠，陜西西安710100）

0 引言

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭的心臟，給整個(gè)火箭飛行提供動(dòng)力和控制力矩。而導(dǎo)管就是輸送血液的血管，由導(dǎo)管所組成的管路組件承擔(dān)著發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑的輸送、各系統(tǒng)氣動(dòng)控制及吹除等功能。任何一根管子的泄漏或破裂都會(huì)對(duì)火箭造成重大影響甚至導(dǎo)致整個(gè)發(fā)射的失敗。因此，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配生產(chǎn)中，導(dǎo)管的銼修占有非常重要的地位，銼修不合理，就會(huì)影響焊接質(zhì)量，產(chǎn)生較大的焊接變形及裝配應(yīng)力。在振動(dòng)條件下，應(yīng)力疊加可能導(dǎo)致導(dǎo)管疲勞斷裂或密封失效，造成泄漏，因此，應(yīng)予以足夠的重視。

1 導(dǎo)管銼修流程

導(dǎo)管銼修是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，由于每個(gè)裝配工的操作經(jīng)驗(yàn)和空間思維想象力的差異，在實(shí)際工作中，銼修導(dǎo)管的效率和銼修質(zhì)量差異很大。在發(fā)動(dòng)機(jī)上裝配的導(dǎo)管連接形式有3種，1種是通過接管嘴連接，另1種為通過全位置焊接連接，第3種為法蘭連接結(jié)構(gòu)。但不論哪1種連接形式，導(dǎo)管的銼修方法都是一樣的。導(dǎo)管銼修包括：導(dǎo)管比試、導(dǎo)管鋸切和導(dǎo)管銼修，流程見圖1。

2 導(dǎo)管比試

將彎曲后的導(dǎo)管在發(fā)動(dòng)機(jī)上待裝配部位進(jìn)行比試，以確定導(dǎo)管的切割線位置（以發(fā)動(dòng)機(jī)出、入口管端為基準(zhǔn)并留少量的切割銼修余量畫的切割線）。導(dǎo)管在發(fā)動(dòng)機(jī)上比試的準(zhǔn)則有4條：

1)導(dǎo)管兩端軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)上焊接處接嘴軸線重合；

2)導(dǎo)管兩端直線段滿足設(shè)計(jì)文件和工藝規(guī)程要求；

3)導(dǎo)管空間走向滿足設(shè)計(jì)文件和工藝規(guī)程中相應(yīng)外形尺寸要求；

4)導(dǎo)管與周圍零、部、組件的間隙滿足設(shè)計(jì)文件和工藝規(guī)程要求。

如圖1導(dǎo)管銼修流程圖所示，若導(dǎo)管在發(fā)動(dòng)機(jī)上的比試結(jié)果不滿足4條比試準(zhǔn)則的要求，即表明導(dǎo)管空間走向?qū)o法滿足裝配要求，因此，必須對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行冷校正排除故障。冷校排故應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上先確定導(dǎo)管冷校方向和校正量，然后再逐步校正直至滿足發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管比試準(zhǔn)則的要求。

3 導(dǎo)管鋸切

3.1 導(dǎo)管鋸切位置的確定

如圖2所示，假設(shè)A和B分別為發(fā)動(dòng)機(jī)上通過導(dǎo)管連接的出口和入口，C為要銼修的導(dǎo)管。將導(dǎo)管在發(fā)動(dòng)機(jī)上比試，達(dá)到圖3所示狀態(tài)我們稱之為最佳比試狀態(tài)。此時(shí)導(dǎo)管出、入口與發(fā)動(dòng)機(jī)出、入口直線段完全重合在一起。如果此時(shí)畫出切割位置線，銼修出的導(dǎo)管質(zhì)量是最好的。稱圖3的切割位置為導(dǎo)管鋸切位置。

3.2 影響導(dǎo)管鋸切位置的因素

3.2.1 導(dǎo)管取樣質(zhì)量

導(dǎo)管的取樣必須滿足導(dǎo)管的空間走向、直線段要求、導(dǎo)管與周圍零、組件間隙要求以及發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸要求，這些因素將直接影響導(dǎo)管的鋸切位置。

3.2.2 導(dǎo)管彎曲質(zhì)量

導(dǎo)管的彎曲質(zhì)量是影響導(dǎo)管鋸切位置的重要因素，在導(dǎo)管鋸切前應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行反復(fù)比試，若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管與發(fā)動(dòng)機(jī)接管嘴空間位置偏差較大，將造成馬蹄值超差、導(dǎo)管跨度不滿足銼修要求或?qū)Ч芸臻g走向不滿足要求等。

3.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)接口位置狀態(tài)

由于發(fā)動(dòng)機(jī)上渦輪泵、推力室和活門等各組合件公差積累和焊接變形的影響，造成發(fā)動(dòng)機(jī)總裝時(shí)與導(dǎo)管連接的接口空間位置變化。

3.2.4 焊接收縮預(yù)留量

焊接變形是導(dǎo)管裝配緊度的決定性因素。導(dǎo)管銼修時(shí)，必須考慮焊接變形的影響，根據(jù)導(dǎo)管焊接部位管壁厚度和焊縫數(shù)量預(yù)留合適的焊接收縮預(yù)留量。導(dǎo)管裝配緊度包括垂直緊度、偏斜緊度和水平緊度。如圖4所示。

根據(jù)裝配和銼修實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，焊接收縮應(yīng)在環(huán)焊縫平面法線方向根據(jù)管壁厚度和焊縫數(shù)量預(yù)留一定的焊接收縮預(yù)留量。發(fā)動(dòng)機(jī)上導(dǎo)管一條焊縫的焊接收縮預(yù)留量見表1，多條焊縫的焊接收縮預(yù)留量應(yīng)在相同的矢量方向進(jìn)行疊加。

表1 焊接收縮預(yù)留量經(jīng)驗(yàn)參數(shù)Tab.1 Experience parameters of welding shrinkage allowance

3.2.5 導(dǎo)管液氣壓試驗(yàn)變形預(yù)留量

導(dǎo)管焊接后，裝配到發(fā)動(dòng)機(jī)上之前要進(jìn)行液氣壓試驗(yàn)，在內(nèi)壓作用下，導(dǎo)管彎角處產(chǎn)生應(yīng)力釋放，造成彎角擴(kuò)張，導(dǎo)致導(dǎo)管變形。因此，在導(dǎo)管銼修時(shí)必須考慮導(dǎo)管液氣壓試驗(yàn)變形，通常的方法是根據(jù)導(dǎo)管的規(guī)格和空間走向預(yù)留一定的液氣壓試驗(yàn)變形預(yù)留量，或在液氣壓試驗(yàn)時(shí)采用工裝固定的方法防止導(dǎo)管液氣壓試驗(yàn)變形?？臻g結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，剛性越差的導(dǎo)管液氣壓試驗(yàn)后變形量也越大。以YF-20發(fā)動(dòng)機(jī)為例，表2為發(fā)動(dòng)機(jī)上導(dǎo)管液氣壓試驗(yàn)變形預(yù)留量參數(shù)或防止變形采取的方法。

3.2.6 導(dǎo)管銼修余量預(yù)留量

導(dǎo)管兩端靠銼修來保證其平面度和對(duì)接間隙要求，因此要預(yù)留一定的銼修余量。根據(jù)銼修經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)管銼修余量預(yù)留量應(yīng)在0.5～1 mm。

表2 焊接收縮預(yù)留量經(jīng)驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Experience parameters of welding shrinkage allowance

3.3 常見導(dǎo)管鋸切后故障模式、發(fā)生原因及排除方法

由于裝配銼修經(jīng)驗(yàn)、技能和空間思維想象力的差異，在對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行比試時(shí)，產(chǎn)生的對(duì)最佳位置線的偏差也不同，一旦鋸切位置線偏離較大，就會(huì)出現(xiàn)各種不能滿足導(dǎo)管銼修要求的情況，此時(shí)，就需要對(duì)不同的故障采取不同的處理方法。表3為常見導(dǎo)管鋸切后故障模式及排除方法。

表3 常見導(dǎo)管鋸切后故障模式、發(fā)生原因及排除方法Tab.3 Common modes,reasons and solutions for pipe cutting failures

4 導(dǎo)管銼修

4.1 導(dǎo)管銼修馬蹄值要求

如圖5所示，導(dǎo)管端面垂直度稱為馬蹄值。馬蹄值（H）會(huì)影響焊接質(zhì)量，因?yàn)閷?dǎo)管出現(xiàn)馬蹄現(xiàn)象后其端面就會(huì)從正截面的圓形變成橢圓形。焊接時(shí)由于與導(dǎo)管焊接的發(fā)動(dòng)機(jī)接口或接管嘴的焊接端面為圓形狀態(tài)，因此導(dǎo)管橢圓端面與發(fā)動(dòng)機(jī)接口或接管嘴的圓形端面就會(huì)產(chǎn)生不利于焊接的狀態(tài)，給后序?qū)Ч艿难b配帶來不利影響因素。因此，導(dǎo)管銼修時(shí)應(yīng)盡量減小馬蹄值。發(fā)動(dòng)機(jī)上導(dǎo)管馬蹄值控制參數(shù)見表4。

4.2 導(dǎo)管銼修對(duì)接間隙要求

導(dǎo)管銼修后的對(duì)接間隙影響導(dǎo)管的焊接質(zhì)量和焊接變形量。對(duì)接間隙的測量方法：貼合一端后，測量另一端的對(duì)接間隙。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和焊接后較小的變形量，導(dǎo)管銼修后對(duì)接間隙一般應(yīng)滿足以下要求：

1)對(duì)主系統(tǒng)導(dǎo)管要求：局部間隙≤0.2 mm，長度不超過1/4周；

2)對(duì)副系統(tǒng)導(dǎo)管要求：局部間隙不大于0.1mm，長度不超過1/4周（不含全位置焊導(dǎo)管）；

3)對(duì)全位置焊導(dǎo)管要求：局部間隙不大于0.1 mm。

表4 導(dǎo)管銼修馬蹄值控制參數(shù)Tab.4 Control parameters of pipe end verticality for filing-repairing

4.3 導(dǎo)管銼修直線段要求

導(dǎo)管直線段是指從彎曲處內(nèi)側(cè)母線計(jì)量，對(duì)于起波導(dǎo)管從最后一個(gè)明顯波，即波谷至母線的距離不大于0.5 mm的波谷算起。導(dǎo)管銼修后兩端的直線段一般應(yīng)不小于20 mm。

4.4 導(dǎo)管銼修錯(cuò)壁量要求

導(dǎo)管銼修后錯(cuò)壁量要求必須滿足QJ2865-97《導(dǎo)管焊接技術(shù)條件》中相關(guān)要求，不等厚度零件的錯(cuò)壁量按最小厚度測定。

4.5 導(dǎo)管銼修圓度要求

導(dǎo)管銼修時(shí)由于冷校、彎曲等原因截面會(huì)發(fā)生畸變?；冇绊憣?dǎo)管質(zhì)量，在焊接端面處，圓度對(duì)焊接質(zhì)量的影響不容忽視，過大的橢圓度容易引起焊接中咬邊、未焊透、未熔合等焊接缺陷。銼修導(dǎo)管圓度一般滿足表5要求。

表5 導(dǎo)管銼修圓度控制參數(shù)Tab.5 Controlling parameters of roundness for pipe filing-repairing

5 結(jié)束語

導(dǎo)管銼修是一項(xiàng)復(fù)雜的操作技能，實(shí)踐中完全依賴裝配工的經(jīng)驗(yàn)積累，逐步達(dá)到完善。本文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，繪制了導(dǎo)管銼修流程圖，并根據(jù)流程圖，從導(dǎo)管比試、導(dǎo)管鋸切和導(dǎo)管銼修3個(gè)環(huán)節(jié)，分析總結(jié)了4項(xiàng)導(dǎo)管比試準(zhǔn)則，6條導(dǎo)管鋸切影響因素和5條導(dǎo)管銼修要求，對(duì)航天產(chǎn)品導(dǎo)管的銼修有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

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