[發明專利]超高強度鋼大型工件連續摩擦弱規范焊接方法

在審

• 申請號: 202110926279.6
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113681237A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 雷丙旺;劉春燕;王超;劉科虹;劉洋;王寶剛;葛東偉;張瑞鋒;劉萬穎
• 申請（專利權）人: 內蒙古北方重工業集團有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K20/12;B23K20/24
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 張良

本發明公開了一種超高強度鋼大型工件連續摩擦弱規范焊接方法，包括：將退火態D50Re毛坯加工成焊接子零件，焊接子零件裝夾在摩擦焊機上；按照等效直徑摩擦線速度1.0～2.5m/s，采用三級加壓摩擦焊接將子零件加工成零件毛坯；將零件毛坯機加工去除飛邊，得到D50Re超高強度鋼復雜零件。本發明能夠生產大型不同規格的D50Re超高強度鋼復雜零件，大幅提高材料利用率和生產效率，降低生產成本。

技術領域

本發明屬于摩擦焊接技術領域，具體涉及一種超高強度鋼大型工件連續摩擦弱規范焊接方法。

背景技術

D50Re鋼是為火箭深盲孔殼體開發的新型超高強度鋼，在含Cr、Ni、Mo、Si的中合金鋼基礎上添加W、V、Nb等元素，以固溶強化和析出強化來提高強度，通過Cr、Ni、Mo、Si、W、V之間的合理配置獲得高韌性水平，抗拉強度Rm≥1600Mpa。由于現有制造工藝的局限，復雜形狀的大型超高強度鋼構件，比如臺階軸類(截面積100000mm²、長2000～3000mm)，采用鍛制實心棒料、整體機械加工的制造工藝，存在材料利用率低、生產周期長、成本高昂等問題。

摩擦焊作為一種優質、精密、高效、節能的固態焊接技術，已經應用到航空、航天、核工業、海洋開發等高技術領域，并已成為諸如航空發動機轉子之類的重要部件最可靠和最可信賴的焊接方法。摩擦焊接為火箭深盲孔殼體焊接制造取代整體鍛造加工，提供了技術潛力和應用前景。

摩擦焊接工藝參數范圍總體分強規范和弱規范兩種：強規范是指大摩擦壓力、低轉速、短摩擦時間；弱規范是指小摩擦壓力、高轉速、長摩擦時間。強規范焊接生產效率高，焊合區及其近區高溫停留時間短、組織細小、接頭強韌性能好，但對于截面積100000mm²的大型工件，需要巨型摩擦焊設備，這是目前發展大型工件摩擦焊接的致命障礙。而弱規范適合于在設備能力一定時，焊接更大截面，但超高強度鋼弱規范的摩擦焊接很不充分，現有技術中也沒有相關說明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高強度鋼大型工件連續摩擦弱規范焊接方法，針對大截面實心D50Re超高強度鋼復雜工件摩擦焊接的需求，能夠生產大型不同規格的D50Re超高強度鋼復雜零件，大幅提高材料利用率和生產效率，降低生產成本。

為達到上述目的，本發明使用的技術解決方案是：

超高強度鋼大型工件連續摩擦弱規范焊接方法，包括：

將退火態D50Re毛坯加工成焊接子零件，焊接子零件裝夾在摩擦焊機上；

按照等效直徑摩擦線速度1.0～2.5m/s，采用三級加壓摩擦焊接將子零件加工成零件毛坯；

將零件毛坯機加工去除飛邊，得到D50Re超高強度鋼復雜零件。

進一步，三級加壓摩擦焊接過程包括：一級壓力摩擦預熱、二級壓力摩擦加熱、三級壓力頂鍛焊合。

進一步，一級摩擦壓力10～20Mpa，摩擦時間25～35s，控制峰值扭矩；二級摩擦壓力25～45Mpa，持續摩擦至摩擦界面外表面溫度≥1180℃；三級摩擦壓力110～150Mpa，頂鍛及保持時間≥60s。

進一步，三級壓力頂鍛焊合過程中，頂鍛縮短量≥10mm。

進一步，頂鍛縮短量18～41mm。

進一步，將零件毛坯入爐退火，退火溫度650℃～800℃，均溫、保溫后，出爐空冷至室溫。

進一步，退火溫度780±10℃，均溫時間1-2小時，保溫時間3-6小時。

進一步，退火處理過程中，保溫時間根據壁厚尺寸調整，按不少于2min/mm壁厚計算。

進一步，將D50Re超高強度鋼復雜零件進行性能熱處理。

本發明技術效果包括：