復雜結(jié)構導管先焊后彎工藝研究

王永發(fā) 王惠苗 王露予 魏 強 張 曄 宋建嶺

復雜結(jié)構導管先焊后彎工藝研究

王永發(fā) 王惠苗 王露予 魏 強 張 曄 宋建嶺

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

針對運載火箭中導管產(chǎn)品空間結(jié)構復雜，焊接自動化程度低，開展導管先焊后彎工藝研究。得到了導管回彈與延伸的規(guī)律，提前預測，加以修正，實現(xiàn)了導管的準確彎制，為后續(xù)實現(xiàn)導管自動焊接提供了基礎。

導管；先焊后彎；回彈；延伸

1 引言

管路系統(tǒng)是運載火箭的重要組成部分，起著增壓、測壓、輸送等一系列關鍵作用，受限于火箭內(nèi)部結(jié)構，管路產(chǎn)品往往具有復雜的空間結(jié)構。管路產(chǎn)品傳統(tǒng)的制造流程為先彎后焊，即先進行導管彎制，再進行導管焊接，目前大部分的導管仍采用管路旋轉(zhuǎn)、焊接不動的手工焊接方式，導管復雜的空間結(jié)構給手工焊接造成了極大的不便，同時也是制約導管實現(xiàn)自動焊接的關鍵因素。為此開展導管先焊后彎工藝研究，即先在直管狀態(tài)下完成焊接，然后進行導管彎制。導管先焊后彎可以消除復雜的空間結(jié)構對導管焊接的影響，同時也有利于導管自動焊接的實現(xiàn)。

2 工藝研究

導管先焊后彎工藝研究的重點是實現(xiàn)導管的準確彎制[1]，導管在彎制過程中伴隨著回彈和延伸，要實現(xiàn)導管的準確彎制，關鍵在于提前預測回彈和延伸，加以修正，實現(xiàn)定量下料[2]。以1Cr18Ni9Ti6mm×1mm的導管作為研究對象，采用15mm的中心折彎半徑，試驗過程中采用數(shù)控彎管，激光測量導管的實際折彎信息，通過對比導管實際與理論折彎信息，研究導管回彈與延伸規(guī)律。

2.1 導管的回彈規(guī)律研究

表1 導管實際角度與理論值對比 (°)

導管在彎曲成形中，回彈是一種不可避免的變形現(xiàn)象[3～5]。回彈主要影響導管的彎曲角度，由于回彈的存在，實際角度往往會小于理論角度[6，7]。以30°、60°、90°和120°為理論角度進行研究，每個角度分別彎制4次，測量取其平均值。詳細數(shù)據(jù)見表1，實際角度與理論角度關系如圖1所示。

圖1 實際角度與理論角度關系

通過研究理論角度與實際角度，可以發(fā)現(xiàn)實際角度與理論角度成線性關系[8，9]，通過軟件擬合得到線性公式：

=0.96623-0.64 （1）

其中，為實際角度，為理論角度。

根據(jù)式（1）可以實現(xiàn)對彎曲角度的補償，對上述理論彎曲角度進行修正，修正后的結(jié)果如表2所示。

表2 修正后的理論角度 (°)

2.2 導管的延伸規(guī)律研究

導管在彎曲成形中外側(cè)受拉應力，壁厚變薄，材料伸長，內(nèi)側(cè)受壓應力，壁厚變厚，材料縮短，但導管整體仍表現(xiàn)為伸長[10]。通過30°、60°、90°和120° 4組導管的彎制，對比前后的折彎信息研究導管的延伸規(guī)律。首先根據(jù)式（1）和表2對導管的角度進行修正，然后根據(jù)修正后的折彎信息進行導管彎制，最后對導管進行激光測量獲得實際折彎信息，詳細數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 導管實際折彎信息與理論折彎信息對比

導管的延伸主要由折彎角產(chǎn)生，每個折彎角產(chǎn)生的延伸可以分為兩部分，一部分為回彈造成的延伸，另一部分為變形產(chǎn)生的延伸。導管的回彈在影響角度的同時，也會影響折彎半徑，造成切點的變化，間接地影響直線段的長短[11]，每個折彎角會影響前后兩個直線段，單個直線段的延伸長度用來表示；導管在彎制過程中每個折彎角變形都會產(chǎn)生延伸，單個彎曲段的延伸用來表示。因此單個折彎角的延伸可以表示為：

=2+（2）

其中，為回彈產(chǎn)生的延伸，為變形產(chǎn)生的延伸。

在表3的實際折彎信息中，前四個直線段的伸長即為回彈延伸，其延伸總長為7（第一個直線段對應，中間三個直線段分別對應2），而每個折彎角產(chǎn)生的變形延伸會累計到最后一個直線段，其延伸總長為4，同時最后一個直線段也受折彎角回彈影響，其延伸為，因此最后一個直線段的延伸總長為+4。通過表3的數(shù)據(jù)計算可以得到，單個折彎角對應的延伸量和，結(jié)果如表4所示，延伸量與折彎角的關系如圖2所示。

表4 單個折彎角的延伸量

圖2 延伸量與折彎角的關系

通過研究延伸量與折彎角，可以發(fā)現(xiàn)延伸量與折彎角成線性關系，通過軟件擬合得到線性公式：

=6.33333×10-4+0.225 （3）

=0.0136-0.085 （4）

其中，、為延伸量，為實際折彎角。

根據(jù)式（3）和式（4）可以實現(xiàn)對折彎角延伸量的修正。

3 試驗驗證

根據(jù)導管回彈和延伸規(guī)律的研究，進行試驗驗證，以表5的折彎信息為例。

表5 導管理論折彎信息

根據(jù)式（1）、式（3）和式（4）可以得到每個角度的修正值以及對應的延伸量和，如表6所示，修正理論折彎信息，修正后的折彎信息如表7所示，根據(jù)修正后的折彎信息彎制、測量，實際的折彎信息如表8所示。

表6 折彎角的修正值及延伸量

表7 修正后的折彎信息

表8 導管實際折彎信息

對比表5和表8的折彎信息可以發(fā)現(xiàn)，直線段的偏差范圍為-0.23～0.32mm，折彎角的偏差范圍為-0.2°～0.2°。

4 結(jié)束語

a. 通過對導管回彈和延伸規(guī)律的研究，可以預測導管的回彈和延伸，提前修正、定量下料，實現(xiàn)導管在直管狀態(tài)下的焊接，為導管自動化焊接提供基礎。

b. 導管下料時，應在修正后的折彎信息的基礎上考慮焊接收縮量，同時在彎制過程中應考慮零件與彎管設備的干涉情況。

c. 導管中存在三通、彎頭等復雜零件時，應考慮零件與彎曲面的角度關系。

1 鄒雙桂. 無余量彎管工藝研究[D]. 上海：上海交通大學，2008

2 巫帥珍. 管件彎曲回彈及精確下料研究[D]. 綿陽：西南科技大學，2017

3 王萌. 飛機導管數(shù)控彎曲成形技術的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2017

4 張深，吳建軍. 空間彎管的回彈預測[J]. 航空學報，2011，32(5)：953～960

5 李雁鵬，吳建軍. 非平面彎管成形過程的回彈補償研究[J]. 鍛壓技術，2009，34(1)：89～92

6 宋飛飛，楊合，楊英麗，等. 鈦合金管冷彎回彈及其控制研究現(xiàn)狀[J]. 鈦工業(yè)進展，2014，31(6)：7～11

7 鄭晨陽，鄂大辛，李延民，等. 彎管回彈影響因素的有限元分析及試驗研究[J]. 汽車工藝與材料，2010(6)：64～67

8 王呈方.彎管機冷彎管子回彈與伸長規(guī)律的實驗研究[J]. 中國造船，1993(2)：71～82

9 劉光武，胡勇，王呈方. 彎管回彈的理論分析[J]. 武漢理工大學學報，2007，29(2)：136～138

10 錢峰，潘笑譽，何亞偉，等. 船用彎管加工中回彈延伸的建模與實驗分析[J]. 機械工程與自動化，2017(5)：7～9

11 房濤. 船舶管路先焊后彎工藝及應用[J]. 造船技術，2013(1)：36～41

Technology of First Welding Together Then Bending for Tubes

Wang Yongfa Wang Huimiao Wang Luyu Wei Qiang Zhang Ye Song Jianling

(Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300462)

In view of the complex space structure and low degree of automation welding of tube products in launch vehicle, the technology of first welding together then bending for tubes was discussed. The rule of spring-back and extension of tubes was obtained, and then the accurate bending of tubes was realized by predicted in advance and corrected, which provided the basis for subsequent automatic welding of tubes.

tube；first welding together then bending；spring-back；extension

2018-12-20

王永發(fā)（1989），碩士，材料工程專業(yè)；研究方向：運載火箭管路的制造。