航天用金屬推進劑貯箱及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及航天壓力容器技術(shù)領域，具體地，涉及一種航天用金屬推進劑貯箱及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]推進劑貯箱是一種帶液體管理裝置的中低壓壓力容器，針對液體姿控動力系統(tǒng)設計。該種產(chǎn)品的關鍵問題是:一方面是要具備在空間微重力條件下對液體進行有效管理的能力(氣液隔離)；另一方面是要能夠承受火箭發(fā)射、空間飛行過程的力學環(huán)境、熱環(huán)境考核。
[0003]常用的推進劑貯箱管理裝置有表面張力，金屬膜片和非金屬隔膜等。國內(nèi)外戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導彈型號和空間飛行器大量選用金屬膜片貯箱作為其推進系統(tǒng)的貯箱。金屬膜片貯箱的主要特點是利用金屬膜片對推進劑進行主動管理:一方面，在擠壓氣體作用下，膜片緊貼液面，消除了推進劑的晃動，設計方案保證貯箱加注介質(zhì)的晃動力滿足要求；另一方面利用金屬膜片將氣液物理隔緣，確保向發(fā)動機輸出不夾氣的推進劑。該種金屬膜片與貯箱殼體連接采用焊接形式，保證推進劑密封貯存性能滿足要求。
[0004]目前國內(nèi)鋁合金金屬膜片貯箱殼體均采用鋁合金5A06制造，隨著推進系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，對貯箱的重量指標要求越來越高，傳統(tǒng)的鋁合金(如5A06)已不能滿足貯箱的輕質(zhì)化設計要求，采用新材料是解決貯箱輕質(zhì)化設計的路徑之一。
[0005]歐洲公開號EP0941925A2的發(fā)明專利公開了一種推進劑貯箱，但是該發(fā)明僅是給出了金屬膜片貯箱的基本構(gòu)型，未能解決產(chǎn)品的輕質(zhì)化設計問題。
[0006]中國專利公開號CN102275067的發(fā)明專利公開了一種航天器燃料用半球形金屬貯箱的加工制備方法，該方法給出了鈦材料金屬膜片的制造方法，容易控制質(zhì)量，但是，該方法采用純鈦薄板作為制備材料，造價高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種采用牌號為5B70的鋁鎂鈧合金材料作為殼體的航天用金屬推進劑貯箱及其制造方法。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0009]一種航天用金屬推進劑貯箱，包括殼體I和金屬膜片2，所述殼體I包括氣路接嘴
3、上半球4、連接環(huán)5、下半球6和液路接嘴7，所述氣路接嘴3和上半球4連接，所述下半球6和液路接嘴7連接，所述上半球4和下半球6通過連接環(huán)5連接，所述金屬膜片2與連接環(huán)5對接，所述殼體I整體采用鋁鎂鈧合金材料，所述金屬膜片2采用純鋁材料。
[0010]優(yōu)選地，所述金屬膜片2與所述連接環(huán)5異種金屬之間采用氬弧焊焊接連接。
[0011]優(yōu)選地，所述殼體I的厚度Tl為1.5?1.9mm，殼體I的內(nèi)徑Dl為550?630mm ；所述上半球4、連接環(huán)5和下半球6依次焊接連接，所述氣路接嘴3和上半球4之間以及液路接嘴7和下半球6之間均采用焊接連接，各個焊接連接的對接處壁厚T2為2?3.8mm。
[0012]優(yōu)選地，所述氣路接嘴3設有兩個相互垂直的螺紋接口，其中，豎直方向的螺紋接口為測試用接口，水平方向的螺紋接口為氣腔增壓口，兩個螺紋接口的內(nèi)徑D2均為16?20mmo
[0013]優(yōu)選地，所述金屬膜片2的厚度變化范圍為1.0?2.8mm，厚度公差要求為±0.05mm，所述金屬膜片2內(nèi)徑D3為530?600mm。
[0014]優(yōu)選地，所述連接環(huán)5上設有安裝孔，所述安裝孔的孔徑D4為6.3?6.7mm。
[0015]優(yōu)選地，所述連接環(huán)5的數(shù)量為12個。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種上述的航天用金屬推進劑貯箱的制造方法，包括以下步驟:
[0017]步驟1:采用鋁鎂鈧合金分別加工上半球4、下半球6、連接環(huán)5、氣路接嘴3和液路接嘴7 ;采用純鋁加工金屬膜片2 ;
[0018]步驟2:將金屬膜片2與連接環(huán)5異種金屬焊接連接；
[0019]步驟3:將氣路接嘴3、上半球4、液路接嘴7、下半球6和連接環(huán)5進行裝配、合攏焊接。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟I中，上半球和下半球分別采用牌號為5B70的鋁鎂鈧合金板材旋壓成形，銷鎂鈧合金板材的供貨狀態(tài)為14mm厚的H112狀態(tài)，旋壓成形后通過180°C、2h的低溫熱處理消除殘余應力；連接環(huán)采用牌號為5B70的鋁鎂鈧合金模鍛鍛環(huán)H112狀態(tài)機加成形；氣路接嘴和液路接嘴分別采用牌號為5B70的鋁鎂鈧合金模鍛件Hl 12狀態(tài)機加成形；
[0021]金屬膜片采用純鋁板材拉伸成形，拉伸后通過數(shù)控機床對金屬膜片的內(nèi)型面進行加工，然后以金屬膜片的內(nèi)型面為基準，對金屬膜片的外型面進行機加工，加工的同時對金屬膜片的厚度進行監(jiān)測。
[0022]優(yōu)選地，所述步驟2中，金屬膜片與連接環(huán)之間的異種金屬焊接采用牌號為5B71的Φ 1.6mm高強度焊絲焊接，焊接電流為30?65A，通入純度大于等于99.99 %的氬氣保護氣，送氣速度為7?10L/min。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟3中，合攏焊接過程中控制鋁鎂鈧合金原材料中的氫含量小于等于0.25ml/100g，采用牌號為5B71的Φ 1.6mm高強度焊絲焊接，焊接電流為100?150A，通入純度大于等于99.99%的氬氣保護氣，送氣速度為7?10L/min。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]1、采用鋁鎂鈧合金5B70作為貯箱的客體材料，解決了產(chǎn)品的輕質(zhì)化設計問題，結(jié)構(gòu)重量僅為較常規(guī)鋁合金金屬膜片貯箱的73% ;
[0026]2、上半球和下半球均采用鋁鎂鈧合金5B70厚板旋壓成形，旋壓成形工藝簡單、可靠，提尚了成形后的材料性能；
[0027]3、針對鋁鎂鈧合金與純鋁之間的異種金屬焊接，突破了鋁鎂鈧合金及與純鋁的焊接工藝，焊接接頭系數(shù)達0.8以上；
[0028]4金屬膜片采用了純鋁的加工工藝，較好的保證了金屬膜片的厚度公差，提高了金屬膜片的壓差性能。
[0029]5、采用本發(fā)明提供的航天用金屬推進劑貯箱，解決了現(xiàn)有金屬膜片貯箱質(zhì)量大，結(jié)構(gòu)效率低的問題，解決了將鋁鎂鈧合金5B70應用于金屬膜片貯箱領域的技術(shù)問題，實現(xiàn)金屬膜片貯箱輕質(zhì)化設計，通過采用金屬膜片成形新工藝，提高了壓差性能指標，突破了鋁鎂鈧合金及與純鋁的焊接技術(shù)，成功將鋁鎂鈧合金5B70應用于金屬膜片貯箱，提高了貯箱的性能指標。
【附圖說明】
[0030]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0031]圖1為本發(fā)明航天用金屬推進劑貯箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明航天用金屬推進劑貯箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖；
[0033]圖中為殼體，2為金屬膜片，3為氣路接嘴，4為上半球，5為連接環(huán)，6為下半球，7為液路接嘴，Tl為殼體的厚度，Dl為殼體的內(nèi)徑，T2為上半球和下半球?qū)犹幈诤?，D2為氣路接嘴兩個螺紋接口的內(nèi)經(jīng)，D3為金屬膜片的內(nèi)徑，D4為安裝孔的孔徑。
【具體實施方式】
[0034]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0035]請同時參閱圖1至圖2。
[0036]本實施例提供了一種采用牌號為5B70鋁鎂鈧合金的航天用金屬推進劑貯箱，包括殼體I和金屬膜片2，殼體I包括氣路接嘴3、上半球4、連接環(huán)5、下半球6和液路接嘴7，上半球4和下半球6通過連接環(huán)5連接，氣路接嘴3與上半球4連接，液路接嘴7與下半球6連接，金屬膜片2與連接環(huán)5對接。
[0037]殼體I整體采用牌號為5B70鋁鎂鈧合金材質(zhì)；金屬膜片2采用純鋁材質(zhì)。
[0038]進一步地，純鋁的金屬膜片2與鋁鎂鈧合金的連接環(huán)5之間采用氬弧焊進行異種金屬焊接連接。
[0039]進一步地，殼體I采用牌號為5B70的鋁鎂鈧合金材質(zhì)，所述殼體I的厚度Tl為1.5?1.9mm,殼體I的內(nèi)徑Dl為550?630mm。所述上半球4、連接環(huán)5和下半球6依次焊接連接，所述氣路接嘴3和上半球4、液路接嘴7和下半球6均采用焊接連接，對接處壁厚T2 為 2 ?3.8mm。
[0040]進一步地，氣路接嘴3有2個相互垂直的M27螺紋接口，豎直的接口為工藝接口，水平的接口為氣腔增壓口，其內(nèi)徑D2均為16?20mm。
[0041]進一步地，金屬膜片2厚度變化范圍為1.0?2.8mm，厚度公差要求±0.05mm，所述金屬膜片2內(nèi)徑D3為530?600mmo
[0042]進一步地，航天用金屬推進劑貯箱的安裝方式為通過所述連接環(huán)5作為支耳連接，連接環(huán)數(shù)量12個，連接環(huán)上設有安裝孔，安裝孔的孔徑D4為6.3?6.7mm。
[0043]本實施例提供的航天用金屬推進劑貯箱，其制造方法，包括以下步驟:
[0044]步驟1:采用鋁鎂鈧合金制造加工殼體I ;采用純鋁制造加工金屬膜片2 ；
[0045]步驟2:金屬膜片2與連接環(huán)5異種金屬焊接連接；
[0046]步驟3:將殼體I的各部件進行裝配、合攏焊接。
[0047]進一步地，步驟I中，上半球和下半球采用鋁鎂鈧合金5B70板材成型，原材料板材為14mm厚的H112狀態(tài)，通過旋壓成形，旋壓成形后通過180°C、2h的低溫熱處理消除殘余應力，旋壓成形后的上、下半球材料的屈服強度提高了 30%?40%，抗拉強度提高了 4%?10%;連接環(huán)采用鋁鎂鈧合金5B70模鍛鍛環(huán)Hl 12狀態(tài)機加成形；氣路接嘴和液路接嘴采用鋁鎂鈧合金5B70模鍛件Hl 12狀態(tài)機加成形。
[0048]金屬膜片采用純鋁板材拉伸成形，拉伸后通過數(shù)控機床對內(nèi)型面進行加工，更換專用工裝以膜片內(nèi)型面為基準，對外型面進行機加工，邊加工邊對膜片厚度進行監(jiān)測，