[发明专利]超高强度钢大型工件连续摩擦弱规范焊接方法

说明书

本发明公开了一种超高强度钢大型工件连续摩擦弱规范焊接方法，包括：将退火态D50Re毛坯加工成焊接子零件，焊接子零件装夹在摩擦焊机上；按照等效直径摩擦线速度1.0～2.5m/s，采用三级加压摩擦焊接将子零件加工成零件毛坯；将零件毛坯机加工去除飞边，得到D50Re超高强度钢复杂零件。本发明能够生产大型不同规格的D50Re超高强度钢复杂零件，大幅提高材料利用率和生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明属于摩擦焊接技术领域，具体涉及一种超高强度钢大型工件连续摩擦弱规范焊接方法。

背景技术

D50Re钢是为火箭深盲孔壳体开发的新型超高强度钢，在含Cr、Ni、Mo、Si的中合金钢基础上添加W、V、Nb等元素，以固溶强化和析出强化来提高强度，通过Cr、Ni、Mo、Si、W、V之间的合理配置获得高韧性水平，抗拉强度Rm≥1600Mpa。由于现有制造工艺的局限，复杂形状的大型超高强度钢构件，比如台阶轴类(截面积100000mm²、长2000～3000mm)，采用锻制实心棒料、整体机械加工的制造工艺，存在材料利用率低、生产周期长、成本高昂等问题。

摩擦焊作为一种优质、精密、高效、节能的固态焊接技术，已经应用到航空、航天、核工业、海洋开发等高技术领域，并已成为诸如航空发动机转子之类的重要部件最可靠和最可信赖的焊接方法。摩擦焊接为火箭深盲孔壳体焊接制造取代整体锻造加工，提供了技术潜力和应用前景。

摩擦焊接工艺参数范围总体分强规范和弱规范两种：强规范是指大摩擦压力、低转速、短摩擦时间；弱规范是指小摩擦压力、高转速、长摩擦时间。强规范焊接生产效率高，焊合区及其近区高温停留时间短、组织细小、接头强韧性能好，但对于截面积100000mm²的大型工件，需要巨型摩擦焊设备，这是目前发展大型工件摩擦焊接的致命障碍。而弱规范适合于在设备能力一定时，焊接更大截面，但超高强度钢弱规范的摩擦焊接很不充分，现有技术中也没有相关说明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高强度钢大型工件连续摩擦弱规范焊接方法，针对大截面实心D50Re超高强度钢复杂工件摩擦焊接的需求，能够生产大型不同规格的D50Re超高强度钢复杂零件，大幅提高材料利用率和生产效率，降低生产成本。

为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：

超高强度钢大型工件连续摩擦弱规范焊接方法，包括：

将退火态D50Re毛坯加工成焊接子零件，焊接子零件装夹在摩擦焊机上；

按照等效直径摩擦线速度1.0～2.5m/s，采用三级加压摩擦焊接将子零件加工成零件毛坯；

将零件毛坯机加工去除飞边，得到D50Re超高强度钢复杂零件。

进一步，三级加压摩擦焊接过程包括：一级压力摩擦预热、二级压力摩擦加热、三级压力顶锻焊合。

进一步，一级摩擦压力10～20Mpa，摩擦时间25～35s，控制峰值扭矩；二级摩擦压力25～45Mpa，持续摩擦至摩擦界面外表面温度≥1180℃；三级摩擦压力110～150Mpa，顶锻及保持时间≥60s。

进一步，三级压力顶锻焊合过程中，顶锻缩短量≥10mm。

进一步，顶锻缩短量18～41mm。

进一步，将零件毛坯入炉退火，退火温度650℃～800℃，均温、保温后，出炉空冷至室温。

进一步，退火温度780±10℃，均温时间1-2小时，保温时间3-6小时。

进一步，退火处理过程中，保温时间根据壁厚尺寸调整，按不少于2min/mm壁厚计算。

进一步，将D50Re超高强度钢复杂零件进行性能热处理。

本发明技术效果包括：