[发明专利]大型薄壁环件轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺

摘要

大型薄壁环件轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，先采用径‑轴向热轧技术制备出片状薄壁环件单体，然后采用搅拌摩擦焊接增材成形技术进行片状薄壁环件单体轴向层叠式焊接成形，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，从而完成第一层片状薄壁环件单体的焊接；最后逐层进行薄壁环件轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，本发明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.大型薄壁环件轴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)片状薄壁环件单体轧制成形：采用径‑轴向热轧技术进行片状薄壁环件制坯，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片状薄壁环件单体；2)片状薄壁环件单体轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形：首先，将第一片状薄壁环件单体(1‑1)和第二片状薄壁环件单体(1‑2)以同轴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，预热温度低于焊接线材(4)达到塑性状态时的温度，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，高速旋转的第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(2)分别扎入待焊工件的两侧，第一卧式搅拌头(1)扎入待焊工件的圆周内侧，第二卧式搅拌头(2)扎入待焊工件的圆周外侧；第一卧式搅拌头(1)以逆时针方向自转，第二卧式搅拌头(2)以逆时针方向自转，同时第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(2)沿焊缝(2‑1)绕环件圆周逆时针运动，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)同时被第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(2)不停地搅入焊缝(2‑1)，第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(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)被加热到塑性状态，且控制温度低于金属的熔点，塑化的金属在第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(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，第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(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；第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(2)沿焊缝(2‑1)向前运动搅拌焊接一周后，第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(2)的搅拌速率不变，同时第一卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(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卧式搅拌头(1)和第二卧式搅拌头(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，完成了第一层片状薄壁环件单体轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形过程；3)薄壁环件轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形：按照步骤2)的片状薄壁环件单体轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，轴向逐层叠加焊接片状薄壁环件单体，完成第二层、第三层、……、第n层片状薄壁环件单体轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，直到最终加工形成的工件满足产品要求，则完成了大型薄壁环件轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形。