工业机器人“出手” 火箭喷管焊接不那么难了

竖焊、直接成型、无需在线定位系统……2月25日，蓝箭航天发布工业激光焊接机器人焊接火箭发动机喷管的视频，其自主研发的“天鹊”（TQ-12）80吨液氧甲烷发动机喷管，由机器人进行激光焊接一次成功，目前已经顺利下线。

“以前熟练的焊接技术人员两个人同时焊接需要一个月时间，现在用机器人焊接两天时间就能完成。”蓝箭航天创始人、CEO张昌武介绍，80吨液氧甲烷发动机的喷管直径约为1米以上，机器人全自动激光焊接，可大幅度降低喷管制造成本，缩短制造周期，提高产品质量，便于实现产品的批量化制造。

喷管像“蜂巢”，能抗“水深火热”

火箭发射和飞行时，经过喷管的燃气温度在1000—3000摄氏度之间。“虽然温度没有太阳高，但是每平方米感受到的热量与太阳表面非常接近。”业内专家表示，人类目前掌握的耐高温金属材料，均无法承受。

为此，液体火箭发动机上使用推进剂对喷管进行冷却。通过将喷管的结构做成夹层，让推进剂在进入燃烧室之前，先在夹层里“转一圈”，带走热量，保证喷管不被烧毁。

夹层式喷管的横断面更像一个蜂巢板，中间流淌的是“冰”，表面则要耐受太阳般的热度。“水深火热”的模式对夹层间的“牢固度”提出了巨大的挑战。

工程上保证“牢固度”的方法是依靠焊接，让构成夹层的内外“两体”合为“一体”，但是喷管的结构复杂、外形庞大、且焊接变形控制要求高，一点点裂缝或者气泡就可以造成火箭在飞行过程中喷管损毁，因此对焊接质量提出了非常高的要求。

机器人“出手”，提质增效

除了温度的骤变，喷管还要经受各种力的“蹂躏”——轴向的推力、内部的液压、强烈的震动……因此要有足够的结构强度、刚度，但航天部件又要尽可能轻，以提高发动机推重比。因此喷管在轻和薄的同时，又要刚和韧。

焊接壁管往往小于1毫米，且要克服焊接造成的变形，对于人工来说要求相当苛刻。很多航天“焊将”为了练得合格的技术，甚至手绑沙袋长时间训练。

“为了实现液体火箭发动机的智能化制造，蓝箭航天‘天鹊’80吨液氧甲烷发动机喷管选择了机器人激光焊接。一年多时间里，我们的工程师不断试验，实现了自主创新，同时建成了喷管机器人激光自动化焊接设备。”张昌武介绍，机器人“焊将”无需使用内壁肋条X光在线定位系统，大幅度降低了设备的复杂性和成本，而且形变可控、可以直接成型。

由于其柔性化程度高，可达面积大，机器人“焊将”还可兼顾发动机其他零组件焊接。张昌武说，随着后续工艺的进一步成熟，焊接时间有望压缩至10小时以内，制造周期和成本仅为螺旋管束喷管的1/10左右。整套工艺、工装方案已于2018年全面申报发明专利

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。