長征系列液體火箭發動機導管銼修技術

陳建偉，王建武

（西安航天發動機廠，陜西西安710100）

0 引言

火箭發動機是火箭的心臟，給整個火箭飛行提供動力和控制力矩。而導管就是輸送血液的血管，由導管所組成的管路組件承擔著發動機推進劑的輸送、各系統氣動控制及吹除等功能。任何一根管子的泄漏或破裂都會對火箭造成重大影響甚至導致整個發射的失敗。因此，在火箭發動機的裝配生產中，導管的銼修占有非常重要的地位，銼修不合理，就會影響焊接質量，產生較大的焊接變形及裝配應力。在振動條件下，應力疊加可能導致導管疲勞斷裂或密封失效，造成泄漏，因此，應予以足夠的重視。

1 導管銼修流程

導管銼修是發動機裝配的一項重要環節，由于每個裝配工的操作經驗和空間思維想象力的差異，在實際工作中，銼修導管的效率和銼修質量差異很大。在發動機上裝配的導管連接形式有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種為法蘭連接結構。但不論哪1種連接形式，導管的銼修方法都是一樣的。導管銼修包括：導管比試、導管鋸切和導管銼修，流程見圖1。

2 導管比試

將彎曲后的導管在發動機上待裝配部位進行比試，以確定導管的切割線位置（以發動機出、入口管端為基準并留少量的切割銼修余量畫的切割線）。導管在發動機上比試的準則有4條：

1)導管兩端軸線與發動機上焊接處接嘴軸線重合；

2)導管兩端直線段滿足設計文件和工藝規程要求；

3)導管空間走向滿足設計文件和工藝規程中相應外形尺寸要求；

4)導管與周圍零、部、組件的間隙滿足設計文件和工藝規程要求。

如圖1導管銼修流程圖所示，若導管在發動機上的比試結果不滿足4條比試準則的要求，即表明導管空間走向將無法滿足裝配要求，因此，必須對導管進行冷校正排除故障。冷校排故應在發動機上先確定導管冷校方向和校正量，然后再逐步校正直至滿足發動機導管比試準則的要求。

3 導管鋸切

3.1 導管鋸切位置的確定

如圖2所示，假設A和B分別為發動機上通過導管連接的出口和入口，C為要銼修的導管。將導管在發動機上比試，達到圖3所示狀態我們稱之為最佳比試狀態。此時導管出、入口與發動機出、入口直線段完全重合在一起。如果此時畫出切割位置線，銼修出的導管質量是最好的。稱圖3的切割位置為導管鋸切位置。

3.2 影響導管鋸切位置的因素

3.2.1 導管取樣質量

導管的取樣必須滿足導管的空間走向、直線段要求、導管與周圍零、組件間隙要求以及發動機外形尺寸要求，這些因素將直接影響導管的鋸切位置。

3.2.2 導管彎曲質量

導管的彎曲質量是影響導管鋸切位置的重要因素，在導管鋸切前應在發動機上進行反復比試，若發現導管與發動機接管嘴空間位置偏差較大，將造成馬蹄值超差、導管跨度不滿足銼修要求或導管空間走向不滿足要求等。

3.2.3 發動機接口位置狀態

由于發動機上渦輪泵、推力室和活門等各組合件公差積累和焊接變形的影響，造成發動機總裝時與導管連接的接口空間位置變化。

3.2.4 焊接收縮預留量

焊接變形是導管裝配緊度的決定性因素。導管銼修時，必須考慮焊接變形的影響，根據導管焊接部位管壁厚度和焊縫數量預留合適的焊接收縮預留量。導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。

根據裝配和銼修實踐經驗，焊接收縮應在環焊縫平面法線方向根據管壁厚度和焊縫數量預留一定的焊接收縮預留量。發動機上導管一條焊縫的焊接收縮預留量見表1，多條焊縫的焊接收縮預留量應在相同的矢量方向進行疊加。

表1 焊接收縮預留量經驗參數Tab.1 Experience parameters of welding shrinkage allowance

3.2.5 導管液氣壓試驗變形預留量

導管焊接后，裝配到發動機上之前要進行液氣壓試驗，在內壓作用下，導管彎角處產生應力釋放，造成彎角擴張，導致導管變形。因此，在導管銼修時必須考慮導管液氣壓試驗變形，通常的方法是根據導管的規格和空間走向預留一定的液氣壓試驗變形預留量，或在液氣壓試驗時采用工裝固定的方法防止導管液氣壓試驗變形。空間結構越復雜，剛性越差的導管液氣壓試驗后變形量也越大。以YF-20發動機為例，表2為發動機上導管液氣壓試驗變形預留量參數或防止變形采取的方法。

3.2.6 導管銼修余量預留量

導管兩端靠銼修來保證其平面度和對接間隙要求，因此要預留一定的銼修余量。根據銼修經驗，導管銼修余量預留量應在0.5～1 mm。

表2 焊接收縮預留量經驗參數Tab.2 Experience parameters of welding shrinkage allowance

3.3 常見導管鋸切后故障模式、發生原因及排除方法

由于裝配銼修經驗、技能和空間思維想象力的差異，在對導管進行比試時，產生的對最佳位置線的偏差也不同，一旦鋸切位置線偏離較大，就會出現各種不能滿足導管銼修要求的情況，此時，就需要對不同的故障采取不同的處理方法。表3為常見導管鋸切后故障模式及排除方法。

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

4 導管銼修

4.1 導管銼修馬蹄值要求

如圖5所示，導管端面垂直度稱為馬蹄值。馬蹄值（H）會影響焊接質量，因為導管出現馬蹄現象后其端面就會從正截面的圓形變成橢圓形。焊接時由于與導管焊接的發動機接口或接管嘴的焊接端面為圓形狀態，因此導管橢圓端面與發動機接口或接管嘴的圓形端面就會產生不利于焊接的狀態，給后序導管的裝配帶來不利影響因素。因此，導管銼修時應盡量減小馬蹄值。發動機上導管馬蹄值控制參數見表4。

4.2 導管銼修對接間隙要求

導管銼修后的對接間隙影響導管的焊接質量和焊接變形量。對接間隙的測量方法：貼合一端后，測量另一端的對接間隙。為保證發動機質量和焊接后較小的變形量，導管銼修后對接間隙一般應滿足以下要求：

1)對主系統導管要求：局部間隙≤0.2 mm，長度不超過1/4周；

2)對副系統導管要求：局部間隙不大于0.1mm，長度不超過1/4周（不含全位置焊導管）；

3)對全位置焊導管要求：局部間隙不大于0.1 mm。

表4 導管銼修馬蹄值控制參數Tab.4 Control parameters of pipe end verticality for filing-repairing

4.3 導管銼修直線段要求

導管直線段是指從彎曲處內側母線計量，對于起波導管從最后一個明顯波，即波谷至母線的距離不大于0.5 mm的波谷算起。導管銼修后兩端的直線段一般應不小于20 mm。

4.4 導管銼修錯壁量要求

導管銼修后錯壁量要求必須滿足QJ2865-97《導管焊接技術條件》中相關要求，不等厚度零件的錯壁量按最小厚度測定。

4.5 導管銼修圓度要求

導管銼修時由于冷校、彎曲等原因截面會發生畸變?；冇绊憣Ч苜|量，在焊接端面處，圓度對焊接質量的影響不容忽視，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。銼修導管圓度一般滿足表5要求。

表5 導管銼修圓度控制參數Tab.5 Controlling parameters of roundness for pipe filing-repairing

5 結束語

導管銼修是一項復雜的操作技能，實踐中完全依賴裝配工的經驗積累，逐步達到完善。本文從生產實際出發，繪制了導管銼修流程圖，并根據流程圖，從導管比試、導管鋸切和導管銼修3個環節，分析總結了4項導管比試準則，6條導管鋸切影響因素和5條導管銼修要求，對航天產品導管的銼修有一定的指導和借鑒作用。

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