[发明专利]钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊接方法，特别是钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法。

背景技术

钛铝金属间化合物TiAl基合金(以下简称为钛铝合金)具有低密度、高强度、良好的高温力学性能及抗氧化性等优点，并且与镍基高温合金相比，质量还可减轻40％，因而特别适宜于发动机高温隔热、高温运动部件，如废气涡轮增压器中涡轮的制造。

文献1“专利申请号是20051001040.6的中国专利”公开了一种TiAl基合金增压涡轮与钢轴的高强度连接方法，该方法是一种真空钎焊结合的焊接方法。主要是在TiAl基合金增压涡轮轴加工外螺纹，在钢轴上加工内螺纹，再在内螺纹及外螺纹上涂上钎料，在真空环境中利用机械咬合与钎焊结合的方式使增压涡轮与钢轴连接的方法。接头的室温剪切强度为105～110MPa。该方法由于使用钎料，在高温情况下钎料可能会融化等使焊接接头的性能下降。

文献2“TiAl金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊接性分析《电焊机》王忠平、钟燕、张立军、周正航2004年9月第34卷第9期第35～37页”公开了一种利用正交试验设计原理分析TiAl金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊接性，并得出TiAl与NiCr20TiAl摩擦焊接优化工艺规范为：摩擦压力3.60Mpa，顶锻压力5.22MPa，摩擦时间为4.5s，顶锻时间为5s；接头室温拉伸强度可达到390MPa以上。

文献3“专利申请号是97125874.0的中国专利”公开了一种钛铝合金涡轮转子与调质钢轴的连接方法，该方法在涡轮转子加工出一根轴，在镍基高温合金K418上加工出一个孔包套，在高温情况下利用过盈配合将涡轮转子轴热锻压入镍基高温合金套，再利用摩擦焊接方法把调质钢与镍基高温合金套进行连接。利用该方法在500℃时能达到的拉伸强度约为223MPa，由于镍基高温合金与TiAl之间不是冶金结合，材料物理性能差异可能在高温或高速旋转时会出现脱套现象。

发明内容

为了克服现有方法在连接钛铝合金涡轮转子与调质钢轴时，接头抗拉强度低的不足，本发明提供一种钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法。该方法首先在钛铝合金涡轮一侧加工回转体形状的嵌入槽，焊接过程中涡轮轴的焊接端面与钛铝合金涡轮的嵌入槽焊接面摩擦，通过控制摩擦缩短量，使得涡轮轴侧形成的飞边填充满嵌入槽，从而达到焊接面的冶金结合与机械连接的双重效果，可以提高连接件的抗拉强度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种钛铝合金涡轮与42CrMo调质钢轴的摩擦焊接方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)将钛铝合金涡轮加热到600～700℃，保温1.5～3h，进行去应力热处理；

(b)在钛铝合金涡轮一侧加工出回转体形状的嵌入槽；

(c)将钛铝合金涡轮和42CrMo调质钢轴待焊接表面进行打磨，并用丙酮清理；

(d)将钛铝合金涡轮和42CrMo调质钢轴分别夹持在旋转摩擦焊机的移动夹具和旋转夹具中，42CrMo调质钢轴的轴心对准钛铝合金涡轮一侧嵌入槽的中心；

(e)摩擦焊机上的主轴电机通过主轴、旋转夹具驱动42CrMo调质钢轴高速旋转，施力油缸通过滑台、移动夹具驱动钛铝合金涡轮逐渐靠近并压在高速旋转的42CrMo调质钢轴上，摩擦压力为330～500MPa；

(f)旋转夹具停止旋转，施力油缸施加顶锻压力，顶锻压力590～800MPa，保压时间4～6s；

(g)焊后缓冷并回火处理，加热温度600～650℃，保温时间为1.5～2h。

所述调质钢轴与中间材料焊接后，再将中间材料对准嵌入槽进行焊接。

所述钛铝合金涡轮与中间材料浇铸后，再将中间材料与调质钢轴进行焊接。

所述中间材料是高温合金或钛合金任一种。

本发明的有益效果是：由于在钛铝合金涡轮一侧加工回转体形状的嵌入槽，焊接过程中涡轮轴的焊接端面与钛铝合金涡轮的嵌入槽焊接面摩擦，通过控制摩擦缩短量，使得涡轮轴侧形成的飞边填充满嵌入槽，从而达到焊接面的冶金结合与机械连接的双重效果，连接件接头室温拉伸强度由背景技术的390MPa提高到480～537MPa。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法实施例1焊接过程示意图。

图2是本发明方法实施例1焊接过程示意图。

图3是本发明方法实施例2、3焊接过程示意图。

图4是本发明方法实施例2、3焊接过程示意图。

图5是本发明方法实施例4焊接过程示意图。