[发明专利]一种变直径多焊接面回转体构件同步轴向焊接方法

说明书

本发明提供了一种变直径多焊接面回转体构件同步等强轴向焊接方法，其采用内环先摩擦、外环后摩擦的阶梯式摩擦焊接头的方式，同时在焊缝处设计成“Y”形坡口，既能减小封闭腔体内侧焊接飞边尺寸，避免焊接飞边堵塞冷却通道，又能实现各焊接面组织性能均匀控制，确保焊接质量稳定可靠。同时，本发明与现有钎焊、扩散焊方法相比，工艺自动化程度高，生产效率高，生产成本低，焊接接头强度系数高、焊接质量好。

技术领域

本发明涉及固相焊技术领域，尤其涉及一种变直径多焊接面回转体构件同步等强轴向焊接方法。

背景技术

某些承受400℃以上的高温/超高温等特殊热负荷服役环境下的关重件，为实现结构高紧凑或轻量化减重，往往采用结构与功能一体化设计，大量运用了封闭腔体、封闭通道、薄壁中空结构等先进结构形式，具备油、水、气体等介质冷却功能，能实现高温服役关重件使用过程快速冷却，实现结构效率最高化，显著提高关重件的使用可靠性与使用寿命。

封闭腔体、封闭通道等先进结构形状复杂，传统的整体铸造工艺难以成形，制备难度很大；针对带封闭腔体、封闭通道的柱状/管状等回转体金属构件，采用分段式机加或成形后再采用焊接工艺高效优质连接是制备封闭腔体或封闭通道结构回转体构件的最有效途径。由于此类回转体金属构件焊接接头通常为双环型焊接面结构，且每个环焊接面的外径、焊接部位厚度、焊接面积等参数均不相同，属于典型变直径多焊接面焊接结构，其高效优质连接难度极大；采用激光焊、电子束焊、电弧焊等熔焊工艺仅对外环焊缝容易施焊，而对内环焊缝难以施焊或施焊难度较大，且焊接过程和后续热处理过程易产生结构翘曲变形大，接头容易产生与凝固有关的缺陷、焊缝强度和焊缝精度难以保证。钎焊和真空扩散技术可实现变直径多焊接面同步焊接，但大面积钎焊接头容易产生大量空洞等，钎焊强度较低；双环结构真空扩散焊接间隙难以精确控制，焊接质量稳定性控制难度大，焊接效率低，均不能满足优质高效连接要求，严重影响焊接构件在静载或动载服役条件下的可靠性。

采用惯性摩擦焊后接头为热锻细晶组织，焊接过程易于实现自动化，是实现变直径多焊接面回转体构件同步焊接的有效方法。但是由于多焊接面构件直径等结构尺寸不同，在相同焊接摩擦转速下、各焊接面摩擦线速度不同，导致单位面积焊接能量输入不同，加上内、外环焊缝冷却条件等差异大，各焊接面的组织性能一致性控制难度较大，也难以满足焊接质量的要求。因此，有必要开发出一种焊接质量稳定可靠、生产效率高的变直径多焊接面回转体构件同步等强轴向焊接方法，为带封闭腔体、封闭通道的柱状/管状等回转体金属构件的快速研制提供新技术途径。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种变直径多焊接面回转体构件同步等强轴向焊接方法，该方法焊接质量稳定可靠、生产效率高，焊接强度高、质量好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种变直径多焊接面回转体构件同步等强轴向焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、采用内环先摩擦、外环后摩擦的阶梯式摩擦焊接头，完成内、外双环阶梯异步待焊件毛坯结构设计；

b、根据待焊件毛坯结构尺寸，加工出稳定的焊接夹持工装；

c、对待焊件进行机械加工，并对内、外环待焊接面进行去铁锈、去毛刺、去油污处理，同时在内、外环待焊接面处开设“Y”形坡口；然后采用焊接夹持工装夹持待焊件；

d、分别将焊接夹持工装安装在惯性摩擦焊机主轴上和移动滑台上，对惯性摩擦焊机进行焊接参数设置，开启惯性摩擦焊机，保压，完成变直径多焊接面回转体构件惯性摩擦焊接；

e、打开安装在惯性摩擦焊机主轴上的焊接夹持工装，移动滑台后退至指定位置后松开移动滑台上的焊接夹持工装，取下焊接件。

作进一步优化，所述变直径多焊接面回转体构件的外环外径为60mm～160mm，待焊接厚度为3mm～15mm；内环外径20mm~130mm，待焊接厚度为3mm～15mm。