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长征五号:芯一级氢箱研制的故事

        2011年12月末,我国最大火箭贮箱——长征五号首件一级氢箱研制成功,这是一个里程碑式的跨越。一级氢箱是长征五号运载火箭上制造难度最大的部分,其尺寸之大、加工难度之高在国内首屈一指。公司贮箱研制团队冲破各项研制难关,精心制造出“国内第一箱”。下面请跟随小编,一起倾听长征五号首件一级氢箱研制的故事。

 一波三折的开始

  长征五号一级氢箱直径5米,长达20余米,由8个筒段和前后底组合件焊接而成。其中,筒段生产是一个“重头戏”。由于材料齐套等原因,按计划应在2011年9月中旬开始的生产被迫推迟了1个月。

除了时间紧迫之外,不久前一级氧箱生产过程中出现的一次焊接缺陷,也让研制团队对这次的筒段生产不敢掉以轻心。他们提前用与正式产品同种规格的试片进行焊接试验,摸索焊接参数,充分准备为后续生产打通了道路。前四个筒段质量过硬,都实现了焊接一次成。

       凌晨1点半,第五个筒段的第一条焊缝焊接完成,工艺员连日来的紧张情绪终于得到一丝舒缓。此时,一个突发状况让大家的心再度提到了嗓子眼。原来员工准备焊接第3条焊缝时,设备出现报警,产品装不上去。接到消息后,工艺员立即赶往现场。经过仔细查看设备、翻阅图纸,异常原因最终确定:设备工装上下两端的传感器位置发生偏移,致使设备接收到不一致的信号。经过半个小时的现场调试,设备恢复正常运转。此时已经接近凌晨3点了,为了抢出被耽误的宝贵时间,大家一致决定:继续生产!

       虽然起跑晚,但是过程中的辛苦付出效果显著:原来单个筒段所需的4天焊接周期被缩短到两天,8个筒段比计划时间提前10天完成。

 创造条件,上

  一级氢箱筒段高达两米多,远远超过了之前生产的贮箱,原有的点焊设备已经无法满足产品的生产需要。因此,公司购置了一台新的点焊机。

       巧妇难为无米之炊。因为生产周期问题,为新设备量身订制的工装迟迟没有到位,这可难坏了众人。眼看筒段点焊时间将近,大家决定就地取材,自制工装。运送壳段的滚轮托架做底座,立在产品两侧的外翻框用于增加刚性,一条穿过壳体上方的绑带防止产品下沉……就这样,一个简易工装在大家的智慧中诞生。

       自制工装只是迈出了艰难的第一步。生产过程中,大家又遇到了新难题。需要安装在箱体内的角片最长处不到两厘米,员工要在每个角片上焊3个焊点,每焊完一个点,就要重新调整位置。不同于正式工装可以机械控制产品精准移动,简易工装的移动全要靠人力完成。刚开始调整焊接位置时,大家掌握不好力道,用了1个小时才点焊完1个角片。8个筒段上共分布着上百个角片,如果按照这个速度,肯定不能按时完成任务。

       出师未捷并没有让大家垂头丧气。生产之余,大家围坐在一起交流经验,共同探讨更好的操作方法。在思维碰撞中,他们不仅练就了“一推准”的过硬本领,更摸索出了一套行之有效的小窍门,例如点焊前要进行预压,保证电机、壳体和角片三者的接触面贴平,防止出现焊接飞溅。

       困境之下,没有条件,创造条件也要上!凭借着无坚不摧的坚定信念和持之以恒的改进创新,大家一路高歌猛进。

 出成品更要出精品

        12月27日,气温接近零度,天津贮箱焊接厂房内却是一片热火朝天的工作景象,员工正在进行一级氢箱最后一条环缝的焊接。

        第一次接触如此大尺寸贮箱的生产,没有资料可以参考,没有丰富的经验可供借鉴,变化的技术状态、高精度的质量要求,再加上生产时间由两个月缩短为1个月……种种困难一时间出现在前进的道路上,令大家感到一种巨大的压力。

      在正式开工前,大家一起分析研究生产流程,梳理出关键环节,设定焊前准备、打磨装配和焊接3个岗位,按照员工的技能水平分配具体任务,最快时大家只用两天就能完成一条环缝的焊接。

随着长征五号运载火箭贮箱采用自动化焊接技术后,焊前的装配环节成为整个生产中的“主角”。从生产之初,精准化装配的理念就深深烙印在每名员工的心里。第一次壳段装配时,由于产品刚性弱,尽管内外部增加了辅助工装进行支撑,但是壳段间仍然存在错缝问题。员工们钻进箱内调整工装,反复校形,每完成一项就进行数据测量,确保产品高精度的装配要求。

      一级氢箱采用全新的焊接方式,每条环缝焊接需要6个小时。大家一起想办法,将使用同种焊接方法的工序合并,省去了中间停弧准备的时间;在每次焊接开始时仔细调整横梁位置,并做出标记,保证焊枪与出丝角度都处于最佳位置,确保焊接质量。下午两点,最后一条焊缝焊接完成,一个完美的作品呈现在我们眼前。 

      脚步匆匆,回望研制过程,这一路走来实属不易。他们用辛勤的汗水和智慧的雨露,为生产全局掷下了积极主动的棋子,为大火箭早日腾飞插上一双翅膀。

文字:赵珊   编辑:宁丽红 王玥


长五火箭最大贮箱液氮介质破坏性试验成功

来源: 中国航天报 日期:2016/01/27

         近日,长征五号运载火箭最大贮箱芯一级氢箱液氮介质破坏性试验在中国航天科技集团公司六院101所取得圆满成功。

       低温破坏性试验是该产品最后一次严酷的考验。此次试验主要考核在液氮介质环境下,产品的设计载荷和极限载荷。这是继101所完成该型号芯二级氢箱低温试验后,再次圆满完成芯一级氢箱低温试验研制任务。

        此次试验的成功标志着长征五号运载火箭低温贮箱研制工作圆满结束。至此,101所圆满完成长征五号运载火箭研制过程三大战役“芯一级和芯二级动力系统试验、海南发射场合练”中的两大战役,为火箭顺利首飞打下良好基础。(温鹏飞 马虹)


长五贮箱低温静力试验成功

来源: 中国航天报日期:2015/12/25

       近日,由中国航天科技集团公司一院702所承担的长征五号运载火箭芯一级氢箱液氮低温爆破试验取得圆满成功,标志着长征五号运载火箭研制贮箱地面静力试验画上圆满句号。

      贮箱低温静力试验、动力试车以及合练是长征五号运载火箭首飞前的三件大事。本次试验的液氢贮箱是目前我国所有在役及待役运载火箭型号中容积最大、长度最长的低温贮箱。由于该液氢贮箱容积最大,且低温贮箱试验规模也是最大的,这也意味着此次试验的潜在爆破危险性最大。

      本次试验一次成功,获得了极限承压能力及破坏模式,不但保证了试验的安全,降低了试验成本,也为该贮箱研制提供了有力支撑,更为长征五号运载火箭首飞成功奠定坚实基础。(许诺)


长征五号最大贮箱首次液氢介质试验取得成功

来源: 中国航天报 日期:2015/10/30

液氢介质低温静力试验现场

    近日,长征五号火箭芯一级氢箱首次液氢介质低温静力试验在中国航天科技集团公司六院101所取得圆满成功。

     此次试验的成功,标志着长征五号火箭低温贮箱研制工作迈出关键一步,为火箭顺利首飞打下良好基础。后续,一院702所和六院101所将继续承担该贮箱液氮介质破坏性试验任务,确保贮箱研制圆满收官。(马虹 温鹏飞)


      近日,经过吊装、翻转起竖,国内最大的火箭贮箱——长征五号运载火箭芯一级氢箱终于安装到了北京强度环境研究所低温静力试验台上,准备经受严格的低温静力试验。此次试验将创造我国火箭贮箱低温静力试验的三个“最大”:贮箱容积最大、贮箱内外温差最大、试验难度最大。

贮箱容积最大 

         “长五”芯一级液氢贮箱直径5米,比现役火箭芯级贮箱3.35米的直径粗了一圈。而长度更是超过了20米,单独一个氢箱就相当于“长三甲”火箭芯一级全段的长度。身高体宽,让“长五”芯一级氢箱的容积超过370立方米,是以往试验的5倍。更多的燃料既代表着更大的推力,又意味着更大的风险。370立方米的液氢一旦爆燃,其威力相当于27吨TNT炸药,为此,试验人员要在试验件周围搭建严密的防护设施。

贮箱内外温差最大

        贮箱内,液氢温度低至-253℃,贮箱外,持续的高温已经使试验场里最大量程40℃的温度计“爆表”。一内一外,温度相差近300℃,可谓“冰火两重天”。这既考验着贮箱材料的隔热能力,又考验着现场试验人员的身体极限。一方面,试验人员要小心冰冷的液氢、液氮,防止冻伤。同时,由于“长五”整个试验最大安装高度约30米,已经接近室外超高空作业范围临界点,升降车无法靠近试验件,操作工人只能通过柱块或脚手架攀爬到30多米的高台,在烈日下连续工作几个小时。有时,工人们还要戴着手套,以防被晒得滚烫的设备烫伤。

试验难度最大

        这次贮箱低温静力试验也是历次试验中难度最大的一次。

        试验需要加注液氢燃料,以全面检验贮箱结构是否合理、强度是否达标。将370立方米“爆脾气”的液氢加注、泄出贮箱,其危险程度不亚于高空走钢丝。在后续进行的低温静力爆破试验中,虽然试验人员使用较安全的液氮来代替液氢,但液氮的温度也达到了-196℃,这样的温度会把坚韧的钢结构冻得像“蛋卷”一样脆,爆破时产生的力量更是能将大块碎片抛出百米,甚至会将整个贮箱抛向天空,危险程度可见一斑。

        为了不耽误研制进度,芯一级氢箱低温静力试验须在9月完成。但该贮箱的“大个头”又使每一科目的试验时间较长,试验人员必须在短时间内完成大量的安装、调试以及试验任务,工作量很大,进度十分紧张。

        任务重、工况险、时间紧,再加上轮番“出场”的酷暑与大雨,使这次试验成为难度最大的一次低温静力试验。

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