[发明专利]大型厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺

摘要

大型厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，采用径‑轴向热轧技术制备出片状薄壁环件单体，采用双轴搅拌摩擦焊接增材成形技术进行薄壁环件单体径向层叠式双轴搅拌摩擦焊接增材成形，焊接所用的焊接线材需要通过激光加热器进行预热，便于焊接过程中焊接线材的塑化，同时焊接过程中，需要采用超声波激振器对塑化的金属进行微锻处理，保证所形成焊缝的金属组织形态近似完全形成焊核；沿焊缝焊接一周后，焊接线材不断填充匙孔，同时搅拌头缓慢地从工件中抽出，从而完成第一环薄壁环件单体的焊接；最后进行厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，本发明能够显著提高材料的利用率，降低能源消耗，提高产品的整体性能。

主权项

1.大型厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)薄壁环件单体轧制成形：采用径‑轴向热轧技术进行薄壁环件制坯，将准备好的金属锭通过下料、制坯、环轧、热处理和机加工工艺制备出搅拌摩擦焊接增材成形所需要的薄壁环件单体；2)薄壁环件单体径向层叠式双轴搅拌摩擦焊接增材成形：首先，将第一薄壁环件单体(1‑1)和第二薄壁环件单体(1‑2)以同轴径向层叠对接的形式装夹在焊接工作台上作为待焊工件；然后，通过激光加热器(5)对焊接线材(4)进行预热，用送料器(3)将预热后的焊接线材(4)送到待焊工件的焊缝(2‑1)处；接着，高速旋转的第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)分别扎入待焊工件接缝的上下两侧，第一立式搅拌头(1)以逆时针方向自转，第二立式搅拌头(2)以逆时针方向自转，同时第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)沿焊缝(2‑1)绕环件端面逆时针运动；送料器(3)以与搅拌头自转时相同的切向线速度往焊缝(2‑1)处持续输送焊接线材(4)，焊接线材(4)同时被第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)不停地搅入焊缝(2‑1)，第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)的自转速率相同，自转速率大小需要使待焊工件焊缝(2‑1)周围金属和焊接线材(4)可被加热到塑性状态，且控制温度低于金属的熔点，塑化的金属在第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)的搅拌及挤压作用下，不断填充搅拌针移动后所形成的空腔，并逐渐冷却凝固形成焊缝(2‑1)；另外，第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)搅拌焊接的同时，超声激振器(6)打开，对焊缝(2‑1)处塑化的金属进行微锻处理，使焊缝(2‑1)处金属组织形态近似完全形成焊核；第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)沿焊缝(2‑1)向前运动搅拌焊接一周后，第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)的搅拌速度不变，同时第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)从待焊工件的焊缝(2‑1)中缓慢抽出，送料器(3)继续向匙孔中输送焊接线材(4)，此时，送料器(3)继续输送焊接线材(4)的速率及时间需要和第一立式搅拌头(1)和第二立式搅拌头(2)的抽出速率及时间相匹配，直到继续输送的焊接线材(4)发生塑化后填满匙孔为止，完成了第一环薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形过程；3)厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形：按照步骤2)的薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，同轴径向逐环叠加焊接薄壁环件单体，完成第二环、第三环、……、第n环薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，直到最终焊接成形的工件满足产品要求，则完成了大型厚壁环件径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形。