新一代火箭贮箱大型整体过渡环组件制造技术

     “太空”为国防必争的领域,世界强国竞相抢占的战略制高点。运载火箭是目前人类进入太空的唯一运输工具,其运载能力直接体现了国家综合国力、太空竞争实力和科技创新水平,决定国家的国际战略地位,开发新一代大推力运载火箭已成为当代太空竞争焦点。我国为实施月球探测及空间站建设等国家重大工程研制的长征五号大型火箭,运载能力从现有的10吨以下提升至25吨级,火箭核心部件燃料贮箱直径从现有的?3.35米提高到?5米。因此,结构轻质化与可靠性的矛盾更加凸显,尤其是由复杂异形截面过渡环与贮箱筒段、球底及箱间段三向连接的过渡环组件,既是火箭贮箱复杂受力的关键结构,也是变形协调的核心部件。然而, ?5m大型整体高性能过渡环成形制造在我国尚属首次,按传统热加工方法制造出现了铸锭开裂、锻件内部组织极不均匀、环轧件各向性能差异大、过渡环组件焊接接头力学性能损失严重等突出问题,严重制约了型号研制。
    本项目围绕我国新一代运载火箭研制的国家重大战略,攻克了航天制造领域铝合金大型高品质铸锭制备、超大锻件均质开坯、环件形性协同制造及组件高性能焊接四大技术难题,创建了新一代运载火箭贮箱环形组件高性能制造技术体系,主要科技创新包括:
    (1)创建了大型2219铝合金铸锭超纯降Cu合金成分设计技术路线,突破了均质/纯净铸锭制备关键技术,首次制备出世界最大直径?1380mm、质量达17吨高品质2219铝合金铸锭。
    (2)发明了超大铝合金锻件高温多向锻造开坯新技术,攻克了残余结晶相富集导致构件局部性能偏低的难题。
    (3)发明了一种基于中温变形与高温固溶协同的环件成形制造新技术,首次研制出世界上最大直径?9.5m高性能2219铝合金整体过渡环。
    (4)发明了中厚板铝合金无坡口无垫板“直流氦弧熔透+变极性氩弧摆动盖面”复合焊接新技术,攻克了贮箱焊接近缝区微观偏析抑制、接头承载应力调控及性能偏低难题,实现了新一代火箭超大型贮箱整体过渡环与弱刚性筒段的高性能焊接。
    研究成果已成功应用于长征五号运载火箭,还推广应用于长征七号、长征八号系列火箭、新一代载人登月火箭。以本项目6项核心专利作价2亿元入股共建湖南中创空天新材料股份有限公司,成功实现了项目研究成果产业化,经济和社会效益显著。