[发明专利]大尺寸钛合金棒加工装置

权利要求书

1.一种大尺寸钛合金棒加工装置，其特征在于：包括炉体（1），所述炉体（1）内的上侧设置有一端位于炉体（1）外，另一端位于炉体（1）内且向下延伸的第一压力杆（3），位于所述炉体（1）外的第一压力杆（3）的一端设置有第一驱动装置，所述第一压力杆（3）在所述第一驱动装置的驱动下可进行旋转和升降运动，所述第一压力杆（3）的下侧形成有夹持装置，所述夹持装置上夹持有第一待连接母体（5），与所述第一待连接母体（5）相对应的炉体（1）内的下侧设置有第二压力杆（8），所述第二压力杆（8）的一端位于炉体（1）外，另一端位于炉体（1）内且向上延伸，位于所述炉体（1）外的第二压力杆（8）的一端设置有第二驱动装置，所述第二压力杆（8）在所述第二驱动装置的驱动下可进行旋转和升降运动，所述第二压力杆（8）的上端形成有固定装置，所述固定装置上固定有第二待连接母体（10）；所述第一待连接母体（5）与所述第二待连接母体（10）相对设置，且两者之间设置有端面加热装置（11），所述端面加热装置（11）的外侧设置有侧面加热装置（7），所述侧面加热装置（7）的内径大于所述第一待连接母体（5）以及第二待连接母体（10）的外径，且所述侧面加热装置（7）将所述第一待连接母体（5）与第二待连接母体（10）相对应的端部覆盖，送料装置（16）靠近所述炉体（1）的下侧设置，且所述送料装置的一端位于所述炉体（1）外，送料装置（16）的另一端位于所述炉体（1）内，通过所述送料装置（16）向所述第二待连接母体（10）的上端面投入氢化钛粉（19）；

所述夹持装置包括第一压力板（4）和位于第一压力板（4）两侧的夹持板（4-1），通过所述第一压力板（4）以及两个夹持板（4-1）将所述第一待连接母体（5）的上端夹持；所述固定装置包括第二压力板（9）和位于第二压力板（9）两侧的固定板（9-1），通过所述第二压力板（9）以及固定板（9-1）将所述第二待连接母体（10）的下端夹持；

所述端面加热装置（11）包括端面感应线圈（11-1），所述端面加热装置（11）用于对所述第一待连接母体（5）与第二待连接母体（10）相对的端面进行加热，所述端面感应线圈（11-1）位于端面线圈支撑层（11-2）内，且所述端面线圈支撑层（11-2）的外侧固定有端面加热装置支撑（11-3），通过所述端面 加热装置支撑（11-3）将所述端面加热装置（11）固定到所述炉体（1）的内部；

所述侧面加热装置（7）用于对第一待连接母体（5）与第二待连接母体（10）相对应的端部进行加热处理，包括侧面感应线圈（7-3），所述侧面感应线圈（7-3）的外侧形成有侧面线圈支撑层（7-4），所述侧面线圈支撑层为环状结构，且侧面线圈支撑层（7-4）上形成有通道（7-1），所述通道（7-1）用于放置所述端面加热装置支撑（11-3），使得所述端面加热装置（11）的主体位于所述侧面线圈支撑层（7-4）围成的环状结构内，侧面加热装置支撑杆（7-2）的一端与所述侧面线圈支撑层（7-4）固定，另一端与所述炉体（1）的内壁固定，通过所述侧面加热装置支撑杆（7-2）将所述侧面加热装置（7）固定到所述炉体（1）内；

所述侧面加热装置（7）还包括热电偶固定管（17），所述热电偶固定管（17）内设置有热电偶，所述热电偶固定管（17）的一端位于所述炉体（1）外，所述热电偶固定管（17）的另一端与所述侧面线圈支撑层（7-4）固定，所述热电偶用于测量所述侧面加热装置（7）的温度；

使用所述大尺寸钛合金棒加工装置制备大尺寸钛合金棒的方法如下：

将端面加热装置（11）装配到侧面加热装置（7）中间，然后将第一待连接母体（5）通过夹持板（4-1）夹持到第一压力板（4）上，第二待连接母体（10）固定在固定装置上；第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）的被夹持面为非连接面；通过第一压力杆（3）和第二压力杆（8）的运动使得第一待连接母体（5）与第二待连接母体（10）运动至端面加热装置（11）附近，两侧分别与端面加热装置（11）保持间隔距离为3mm-5mm；侧面加热装置（7）周围装配保温层；然后给整个炉体抽真空至10^-3-10^-5Pa，通过侧面加热装置（7）和端面加热装置（11）给第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）加热，将第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）连接面加热温度T0至1350K；

待温度稳定恒定之后，通过进气管向炉体内充入氢气至压力达到10MPa，然后将端面加热装置和第二待连接母体（10）一起下降至送料装置（16）底部的水平线处；并保持端面加热装置（11）高于第二待连接母体（10）端面的距离大于送料装置（16）的直径；然后将送料装置（16）送至第二待连接母体（10）连接端面上，旋转且往复运动送料装置（16），使得载料槽中的氢化钛粉（19）均匀洒落在第二待连接母体（10）的连接端面上，同时第二压力杆（8）旋转，使得氢化钛粉（19）均匀分布在整个第二待连接母体（10）连接端面上；根据气氛中压力的环境，氢化钛受热后，释放出部分氢气然后熔化为含氢熔体；最终在第二待连接母体（10）连接端面快速形成熔化层，熔化层侵蚀第二待连接母体（10）基体，在端面以下形成液态、糊状区、固态分布区域；

通过观察窗观察并确认端面的熔化情况，直至氢化钛粉（19）熔化完全，该过程中，气氛的气压上升，直至平衡限压阀（13）上限值15MPa；通过红外测温仪（14）反馈温度，保证第二待连接母体（10）端面的温度恒定；如果第二待连接母体（10）端面熔化尚不充分，可适当提高端面加热装置（11）的功率；然后将送料装置（16）远离第二待连接母体（10）连接端面；加速第二待连接母体（10）的旋转，将含富氢且缺乏基体其他组元的熔体甩出，裸露出处于半固态处洁净表面，然后停止旋转；移开端面加热装置（11），并将第二待连接母体（10）快速上升使其与第一待连接母体（5）的端面接触，并施加压力至20-100MPa，使得剩余大部分熔体挤出，并实现界面的原子键合连接；逐步降低气氛压力P0，剩余熔体中的氢开始分解；因为熔体氢含量的降低，端面上的剩余熔体结晶点逐渐升高，直至完全凝固，同时给系统抽真空，保持真空处理，除去第一待连接母体（5）、第二待连接母体（10）及其连接界面的氢元素，并通过真空除氢实现焊接区域组织的细化。