[發明專利]大型厚壁筒形件復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝

有效

• 申請號: 201710179006.3
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107020447B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 李靖祥;張鵬;趙升噸;劉辰;韓曉蘭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23P15/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

大型厚壁筒形件復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝，先進行薄壁環件單體軋制成形；然后進行壁環件單體徑向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形，完成第一層第一環薄壁環件單體徑向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形過程；然后進行薄壁環件單體軸向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝，將第二層的第三薄壁環件單體與第一薄壁環件單體進行軸向疊加焊接；再進行薄壁環件單體徑軸向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝，將第二層的第四薄壁環件單體與第二和第三薄壁環件單體進行徑軸向焊接；最后進行厚壁筒形件徑向、軸向和徑軸向復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形，本發明顯著提高材料的利用率，降低能源消耗，提高產品的整體性能。

技術領域

本發明屬于大型厚壁筒形件成形技術領域，具體涉及大型厚壁筒形件復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝。

背景技術

隨著我國石化、核電等大型裝備的快速發展，大型化已成為相關領域的關鍵性發展趨勢。大型筒形件是大型鍛件中主要種類之一，廣泛應用于火電、核電、石化等工業領域，隨著這些行業的飛速發展和技術進步，對大型筒形件的需求越來越廣泛。而大型筒形件作為這些容器類裝備的重要零部件，其綜合性能要求也越來越高，加之其尺寸的超大型化，對生產制造提出了更大的挑戰。長期以來，我國大型筒形件生產均采用自由鍛造工藝，不僅生產效率低，而且形狀、壁厚偏差大，耗能耗材嚴重。由于成形過程需要巨大的成形力來完成，大型鍛壓設備制造困難、制造成本高，受壓力機成形能力和產品成形質量的限制，很難用鍛壓技術實現其成形。隨著鑄錠增大凝固速度慢、材料偏析嚴重、晶粒粗大和裂紋鑄造缺陷在后期鍛壓過程中不能全部消除，導致部分筒形件的延伸率及強度不能滿足設計要求。在實際生產中，極易出現夾皮、型腔充不滿、粗晶等現象。而且大型筒形件成功鍛造往往是以較多材料損耗，較高能源消耗為代價的。另外，現有的攪拌摩擦焊接容易在焊縫處形成飛邊、凹坑和匙孔等缺陷。因此，傳統大型厚壁筒形件的加工方法已無法滿足市場提出的高效、節能節材、性能優越的制造要求。

發明內容

為了克服上述缺點，本發明的目的在于提供大型厚壁筒形件復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝，通過該工藝制備出焊縫處金屬組織完全形成焊核的高性能大型厚壁筒形件，能夠顯著提高材料的利用率，降低能源消耗，提高產品的整體性能。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

大型厚壁筒形件復合層疊式攪拌摩擦焊接增材成形工藝，包括以下步驟：

1)薄壁環件單體軋制成形：采用徑-軸向熱軋技術進行薄壁環件制坯，將準備好的金屬錠通過下料、制坯、環軋、熱處理和機加工工藝制備出攪拌摩擦焊接增材成形所需要的薄壁環件單體；

2)薄壁環件單體徑向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形：首先，將第一薄壁環件單體1a和第二薄壁環件單體1b以同軸徑向層疊對接的形式裝夾在焊接工作臺上作為待焊工件；然后，通過電磁感應加熱器7對焊接線材6進行預熱，通過送料器5將預熱后的焊接線材6送到待焊工件的焊縫1a-1b處；接著，高速旋轉的第一立式攪拌頭1扎入待焊工件的接縫，第一立式攪拌頭1以逆時針方向自轉，同時第一立式攪拌頭1沿焊縫1a-1b繞環件圓周逆時針運動，送料器5以與攪拌頭自轉時相同的切向線速度往焊縫1a-1b處持續輸送焊接線材6，焊接線材6同時被第一立式攪拌頭1攪入焊縫1a-1b中，第一立式攪拌頭1的自轉速率大小需要使待焊工件接縫周圍的金屬和焊接線材6被加熱到塑性狀態，且控制溫度低于金屬的熔點，塑化的金屬在第一立式攪拌頭1的攪拌及擠壓作用下，不斷填充攪拌針移動后所形成的空腔，并逐漸冷卻凝固形成焊縫1a-1b；另外，第一立式攪拌頭1攪拌焊接的同時，電磁式激振器8打開，對焊縫1a-1b處塑化的金屬進行微鍛處理，使焊縫1a-1b處金屬組織形態近似完全形成焊核；第一立式攪拌頭1沿焊縫1a-1b向前運動攪拌焊接一周后，第一立式攪拌頭1的攪拌速度不變，同時第一立式攪拌頭1從待焊工件中緩慢抽出，送料器5繼續向匙孔中輸送焊接線材6，此時，送料器5繼續輸送焊接線材6的速率及時間需要和第一臥式攪拌頭1的抽出速率及時間相匹配，直到繼續輸送的焊接線材6發生塑化后填滿匙孔為止，完成了第一層第一環薄壁環件單體徑向層疊式攪拌摩擦焊接增材成形過程；