[發明專利]一種鈦合金中空筒體結構件的成形方法

有效

• 申請號: 202010067193.8
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111151903B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 張群;劉仲權;丁銳;賀曉峰;楊小克;楊敏;王好強;趙倩倩;崔慶龍
• 申請（專利權）人: 航天海鷹（哈爾濱）鈦業有限公司
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K31/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種鈦合金中空筒體結構件的成形方法，屬于鈦合金成形技術領域。本發明解決了現有的對于中空筒體結構件的冷加工過程中易發生回彈效應，且沒有適宜的熱加工工藝及成形工裝的的問題。雙層帶筋筒體套在脹形工裝上，在真空熱處理爐中進行熱脹形；將雙層帶筋筒體和內、外蒙皮裝配至超塑成形?擴散連接工裝中并連通氣路，然后放入超塑成形?擴散連接設備中，升溫并通入惰性氣體，在高溫高壓下，外筒體外壁與外蒙皮內壁之間發生擴散連接，內筒體內壁與內蒙皮外壁之間發生擴散連接，最后冷卻至室溫后，拆解工裝取出零件，最終形成中空筒體結構件，內筒體與外筒體之間的三條縱焊縫及十五條環焊縫即為橫縱交替的縱向加強筋與周向加強筋結構。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金中空筒體結構件的成形方法，屬于鈦合金成形技術領域。

背景技術

一種中空筒體結構件，如圖4～6所示，整體為四層的圓柱形筒體結構，包括雙層帶筋筒體、內蒙皮102和外蒙皮103，所述雙層帶筋筒體包括內筒體100和外筒體101，且內筒體100與外筒體101之間布置有三條縱向加強筋104及十五條周向加強筋105。

中空筒體類零件是航空航天飛行器、航海潛艇用于承載一定氣壓或液壓的關鍵零件，在服役過程中承受著較大的壓力。另外，目前全世界最先進的飛行器及潛艇對結構減重的要求日益苛刻，對零件不僅要求其具有較高的強度，同時要實現輕量化的目標，因此，鈦合金是目前最適合實現上述要求的金屬材料。但是鈦合金冷成形性能較差，常造成鈦合金零件發生回彈效應導致實際發生的塑性變形很小，而中空筒體結構件由于具有較多的周向加強筋，致使其結構復雜，需要較大的塑性變形才能實現零件成形，因此對于鈦合金中空筒體結構件不能采用冷成形，而現階段研究表明激光焊接、超塑成形-擴散連接等熱成形方法是制造中空筒體類零件較為合適的方法。其中激光焊接作為一種高能束焊具有焊縫深寬比大、熱影響區小、焊接變形小等優點，另外激光焊接與電子束焊接相比無需在真空環境中完成焊接，所以對焊縫的尺寸、結構上有著更大的靈活性；超塑成形-擴散連接可實現零件在高溫環境下快速一次成形，尤其適合結構復雜難以施焊部位的相互連接。

中空筒體結構件所用材料均是牌號為TA15，厚度為1.0mm的板料，由于板料厚度較薄，導致板料焊接過程中易發生變形，超塑成形-擴散連接過程易發生破裂。而現有技術中尚未有針對上述中空筒體結構件最有效的焊接成形工藝，而現有技術中對于類似的中空筒體類零件的成形工裝及作用原理并不適用于上述中空筒體結構件，例如現有技術中有采用脹瓣脹芯結構實現零件成形，但是因脹瓣屬分體模具，各脹瓣之間存在間隙，成形后零件表面會有凸起，表面不平整，無法保證成形效果。

發明內容

本發明是為了解決現有的對于中空筒體結構件的冷加工過程中易發生回彈效應，且沒有適宜的熱加工工藝及成形工裝的問題，進而提供了一種鈦合金中空筒體結構件的成形方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種鈦合金中空筒體結構件的成形方法，它包括如下步驟：

步驟一、按照內筒體的尺寸選擇對應大小的板料，卷成圓筒形結構后套在焊接工裝上，通過激光焊對對接縫進行焊接并打磨焊縫余高，形成內筒體，焊接后的內筒體繼續放置在焊接工裝上；

步驟二、按照外筒體的尺寸選擇對應大小的板料，并卷成圓筒形結構，同軸套設在內筒體外部，通過激光穿透焊在兩個圓筒形結構之間焊接出均布的三條縱焊縫及均布的十五條環焊縫，形成連接為一體的雙層帶筋筒體，然后將其從焊接工裝上取下并打磨所有焊縫余高，其中每條環焊縫包括沿內筒體周向均布的若干焊縫段，且每相臨兩個焊縫段之間均存在間隙；

步驟三、將步驟二中的雙層帶筋筒體套在脹形工裝上，在真空熱處理爐中進行熱脹形；

步驟四、按照內蒙皮與外蒙皮的尺寸選擇對應大小的板料，并分別卷成圓筒形結構，通過激光焊對該步驟中兩個圓筒形結構的對接縫分別進行焊接，打磨焊縫余高，形成內蒙皮與外蒙皮；