[发明专利]大型厚壁盘形环件径向连续路径搅拌摩擦增材制造工艺

权利要求书

1.一种大型厚壁盘形环件径向连续路径搅拌摩擦增材制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定标准增量环件用的板材尺寸、数量；

1.1卷弯成形标准环件用条料尺寸；

所成形制造的大型厚壁盘形环件尺寸为壁厚T、外径D、高度H，大型厚壁盘形环件由N层标准增量环件连续路径搅拌摩擦焊接径向增材制成；

第1层标准增量环件：壁厚t₁≥a+2c，焊缝长度统一固定为a，径向焊缝需要在起始两侧留下空隙c；外径d₁≥D-2T+2t₁，径向从内向外增材，外径依次增大，第1层标准增量环件高度h₁≥H，径向增材标准增量环件的高度与大型厚壁盘形环件相同；

第2～N层标准增量环件：壁厚t_n≥a+c，n＝2,3,…,N，从第2层其径向焊缝起点与圆周焊缝连续，其壁厚应不小于焊缝长度与外侧预留空隙的和；外径d_n≥d_n-1+2t_n-1，径向从内向外增材，外径依次增大，其外径及壁厚均应不小于大型厚壁盘形环件内侧对应尺寸；高度h_n≥H，径向增材标准增量环件的高度与大型厚壁盘形环件相同，其高度应不小于大型厚壁盘形环件对应尺寸；

第1层标准增量板材：厚度δ＝t₁，长度l₁＝πd₁，板材厚度即为标准增量环件的厚度；宽度b₁＝h₁，板材宽度即为单层环件高度；

第2～N层标准增量板材：厚度δ＝t_n，长度l_n＝πd_n，n＝2,3,…N，板材厚度即为标准增量环件的厚度；宽度b_n＝h_n，板材宽度即为单层环件高度；

按照板材成形对应关系，板材的端部形状侧面为斜平面，长度的差距为：

即得到卷弯公式，板材两端需要预先倒角：

1.2计算出板材数量；

在径向增材达到厚度要求后，在第1层的内侧面和第N层的外侧面进行机加工，增材后的环件在径向起始两侧留下需后续加工的加工余量，搅拌头轴肩直径φ影响焊缝宽度及匙孔大小，第1层的内侧面加工余量e₁≥c，第N层的外侧面加工余量e₂≥c+φ/2；

所需增材焊接板材数量为N，要求：

步骤2：第1层标准增量环件制备；

2.1第1层板材卷弯成环形；

采用卧式加工，使用两组三辊装置做旋转运动沿板材行走进行板材卷弯，带动板材弯曲弹塑性变形，两组三辊装置同时走完半圈后完成板材卷弯，尾端接触等待焊接；

2.2终点处搅拌摩擦焊接成封闭的标准增量环件；

使用夹持机构双侧夹持，在卷弯终点处两组三辊装置夹紧固定后，圆环内侧设置支撑装置，外侧由下至上进行搅拌摩擦焊后将环件封闭，即得到标准增量环件；

步骤3：第2层板材实现径向搅拌摩擦增材焊接；

将标准增量环件定位夹紧，在其径向上增加相应尺寸的板材进行径向增材，第2层在径向放置，起始位置与第1层相差距离为S，要求预留焊缝不小于标准焊缝长度，不大于整体的一半，(a+2c)≤S≤l_n/2；搅拌头从1层所留匙孔进入开始焊接，先沿板材较长部分进行卷弯与搅拌摩擦焊，跟进上侧搅拌头和支撑装置，沿圆周在圆环外侧将板材焊接至板的一端；搅拌头再次从1层所留匙孔进入，沿板材较短部分反向进行卷弯与搅拌摩擦焊，沿圆周在圆环外侧将板材焊接至板的另一端；搅拌头走完整个圆周后，将环件终点处夹持，最后在对位完成环件闭合，向上进行搅拌摩擦焊以封闭环件，以此可以实现搅拌摩擦焊焊接路径连续；

步骤4：第3-N层循环大型环件多层径向搅拌摩擦焊增材制造；

按照步骤3继续进行大型环件径向增材制造，走相同的连续路径依次完成第3层、第4层以此类推，直至达到最终大型环件尺寸要求，则完成了大型卷弯环件多层径向搅拌摩擦焊增材制造成形；

步骤5：在第1内侧面和第N层的外侧面进行机加工；

增材完成后，需要去除搅拌摩擦焊为焊缝留有的加工余量，对内外侧面进行机加工，第1层的内侧面加工余量e₁≥c，第N层的外侧面加工余量e₂≥c+φ/2，得到最终满足大型环件径向厚度且组织均匀性好的大型环件。