[發明專利]鈦鋁合金渦輪與42CrMo調質鋼軸的摩擦焊接方法

無效

• 申請號: 201010178555.7
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN101844271A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 杜隨更;傅莉;王劍;汪志斌
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 黃毅新

技術領域

本發明涉及一種摩擦焊接方法，特別是鈦鋁合金渦輪與42CrMo調質鋼軸的摩擦焊接方法。

背景技術

鈦鋁金屬間化合物TiAl基合金(以下簡稱為鈦鋁合金)具有低密度、高強度、良好的高溫力學性能及抗氧化性等優點，并且與鎳基高溫合金相比，質量還可減輕40％，因而特別適宜于發動機高溫隔熱、高溫運動部件，如廢氣渦輪增壓器中渦輪的制造。

文獻1“專利申請號是20051001040.6的中國專利”公開了一種TiAl基合金增壓渦輪與鋼軸的高強度連接方法，該方法是一種真空釬焊結合的焊接方法。主要是在TiAl基合金增壓渦輪軸加工外螺紋，在鋼軸上加工內螺紋，再在內螺紋及外螺紋上涂上釬料，在真空環境中利用機械咬合與釬焊結合的方式使增壓渦輪與鋼軸連接的方法。接頭的室溫剪切強度為105～110MPa。該方法由于使用釬料，在高溫情況下釬料可能會融化等使焊接接頭的性能下降。

文獻2“TiAl金屬間化合物與NiCr20TiAl摩擦焊接性分析《電焊機》王忠平、鐘燕、張立軍、周正航2004年9月第34卷第9期第35～37頁”公開了一種利用正交試驗設計原理分析TiAl金屬間化合物與NiCr20TiAl摩擦焊接性，并得出TiAl與NiCr20TiAl摩擦焊接優化工藝規范為：摩擦壓力3.60Mpa，頂鍛壓力5.22MPa，摩擦時間為4.5s，頂鍛時間為5s；接頭室溫拉伸強度可達到390MPa以上。

文獻3“專利申請號是97125874.0的中國專利”公開了一種鈦鋁合金渦輪轉子與調質鋼軸的連接方法，該方法在渦輪轉子加工出一根軸，在鎳基高溫合金K418上加工出一個孔包套，在高溫情況下利用過盈配合將渦輪轉子軸熱鍛壓入鎳基高溫合金套，再利用摩擦焊接方法把調質鋼與鎳基高溫合金套進行連接。利用該方法在500℃時能達到的拉伸強度約為223MPa，由于鎳基高溫合金與TiAl之間不是冶金結合，材料物理性能差異可能在高溫或高速旋轉時會出現脫套現象。

發明內容

為了克服現有方法在連接鈦鋁合金渦輪轉子與調質鋼軸時，接頭抗拉強度低的不足，本發明提供一種鈦鋁合金渦輪與42CrMo調質鋼軸的摩擦焊接方法。該方法首先在鈦鋁合金渦輪一側加工回轉體形狀的嵌入槽，焊接過程中渦輪軸的焊接端面與鈦鋁合金渦輪的嵌入槽焊接面摩擦，通過控制摩擦縮短量，使得渦輪軸側形成的飛邊填充滿嵌入槽，從而達到焊接面的冶金結合與機械連接的雙重效果，可以提高連接件的抗拉強度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種鈦鋁合金渦輪與42CrMo調質鋼軸的摩擦焊接方法，其特征在于包括下述步驟：

(a)將鈦鋁合金渦輪加熱到600～700℃，保溫1.5～3h，進行去應力熱處理；

(b)在鈦鋁合金渦輪一側加工出回轉體形狀的嵌入槽；

(c)將鈦鋁合金渦輪和42CrMo調質鋼軸待焊接表面進行打磨，并用丙酮清理；

(d)將鈦鋁合金渦輪和42CrMo調質鋼軸分別夾持在旋轉摩擦焊機的移動夾具和旋轉夾具中，42CrMo調質鋼軸的軸心對準鈦鋁合金渦輪一側嵌入槽的中心；

(e)摩擦焊機上的主軸電機通過主軸、旋轉夾具驅動42CrMo調質鋼軸高速旋轉，施力油缸通過滑臺、移動夾具驅動鈦鋁合金渦輪逐漸靠近并壓在高速旋轉的42CrMo調質鋼軸上，摩擦壓力為330～500MPa；

(f)旋轉夾具停止旋轉，施力油缸施加頂鍛壓力，頂鍛壓力590～800MPa，保壓時間4～6s；

(g)焊后緩冷并回火處理，加熱溫度600～650℃，保溫時間為1.5～2h。

所述調質鋼軸與中間材料焊接后，再將中間材料對準嵌入槽進行焊接。

所述鈦鋁合金渦輪與中間材料澆鑄后，再將中間材料與調質鋼軸進行焊接。

所述中間材料是高溫合金或鈦合金任一種。

本發明的有益效果是：由于在鈦鋁合金渦輪一側加工回轉體形狀的嵌入槽，焊接過程中渦輪軸的焊接端面與鈦鋁合金渦輪的嵌入槽焊接面摩擦，通過控制摩擦縮短量，使得渦輪軸側形成的飛邊填充滿嵌入槽，從而達到焊接面的冶金結合與機械連接的雙重效果，連接件接頭室溫拉伸強度由背景技術的390MPa提高到480～537MPa。

下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明方法實施例1焊接過程示意圖。

圖2是本發明方法實施例1焊接過程示意圖。

圖3是本發明方法實施例2、3焊接過程示意圖。

圖4是本發明方法實施例2、3焊接過程示意圖。

圖5是本發明方法實施例4焊接過程示意圖。