CN102152070A

CN102152070A - 一种制造环型件的方法

Info

Publication number: CN102152070A
Application number: CN 201110039484
Authority: CN
Inventors: 张学军; 刘文慧; 张文扬; 郭绍庆; 周标
Original assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS CHINA AVIATION INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明是一种制造环型件的方法，该方法的步骤是：(1)采用热轧或热挤压方法制成直条形状的型材毛坯，型材毛坯的截面形状和尺寸与环型件的截面形状和尺寸相同；(2)在热状态下弯曲直条形状的型材毛坯，制成与环型件尺寸相同的开口环；(3)采用线性摩擦焊方法焊合开口环的两端面形成封闭的环型件毛坯，再用机械加工去掉加工余量。线性摩擦焊方法对开口环的端面的磨擦振动方向为径向或轴向。开口环端面留出的修整和焊接余量为2～20mm。与现有技术相比，本发明方法减少环形件的加工时间、提高材料利用率、消除焊接接头的缺陷。

Description

一种制造环型件的方法

技术领域

本发明是一种制造环型件的方法，属于加工成型技术领域。适用于于航空发动机、燃汽轮机环型件制造，或用于车辆、容器、机械设备的环型件制造。

背景技术

航空发动机、燃汽轮机的压气机、燃烧室、涡轮的各种机匣、承力环和封严环等部件均为环形(或筒形)结构，一些环型件是由环形毛坯整体加工而成，另一些则由两侧环形安装边和中间板材筒体拼焊而成。这些环型件(或筒体)的主要材料为钛合金及其金属间化合物、高温合金、不锈钢。

目前制造航空发动机、燃汽轮机的环型件(整体环型件和安装边环型件)毛坯有两种方法，第一种是采用自由锻、模锻、环轧方法整体锻造成环形毛坯，然后采用机械加工方法去掉加工余量，第二种方法是将异型截面毛坯，采用闪光对焊方法形成环，再采用机械加工方法去掉加工余量。

第一种方法应用广泛，但最主要问题是加工余量大，加工周期长，材料利用率低，制造环型件成本高。由于采用自由锻、模锻、环轧方法制成的环型毛坯为矩形截面，而环型件多为L型、T型、H型以及较为复杂的折线型异型截面，因此毛坯的矩形截面必须要覆盖环型件异型截面的轮廓，才能加工出符合尺寸要求的环型件，机械加工余量很大。另外，采用自由锻、模锻、环轧方法制成的环型毛坯尺寸精度不容易控制精确，为了保证加工，在矩形截面外形尺寸上也留有很大的加工余量。由于上述两方面原因，导致采用第一种方法制造环型件材料利用率低，一般为5～15％，其余的材料均需机械加工去掉，制造成本高。

为了提高材料的利用率，降低环型件制造成本，发展了第二种制造方法。即将异型截面直型毛坯，弯曲成开口环，再采用闪光对焊方法焊合开口形成封闭环，最后采用机械加工方法去掉加工余量。第二种方法，由于毛坯截面与环型件截面形状相近，尺寸精度高，加工余量小，提高了材料利用率，降低了制造成本。

闪光对焊是采用电阻加热使接触的两个端面金属熔化，并在一定深度范围内达到预热温度，然后施加顶锻力完成焊接。闪光对焊存在以下不足：局部熔化到端面全部熔化的加热过程，再经顶锻挤出液态金属，易形成氧化物夹杂、疏松、缩孔、裂纹等缺陷；对于较大尺寸非对称异型截面，端面全部均匀熔化困难，焊接过程参数控制复杂，接头易产生缺陷；由于端面需要熔化，并且预热到一定深度，使接头综合力学性能下降；环型件焊接存在15～50％的电流分流，可焊接截面积减小。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种制造环型件的方法，其目的是减少环形件的加工时间、提高材料利用率、消除焊接接头的缺陷。

本发明的目的通过以下技术方案来实现的：

该种制造环型件的方法，其特征在于：该方法的步骤是：

(1)采用热轧或热挤压方法制成直条形状的型材毛坯，型材毛坯的截面形状和尺寸与环型件的截面形状和尺寸相同；

(2)在热状态下弯曲直条形状的型材毛坯，制成与环型件尺寸相同的开口环；

(3)采用线性摩擦焊方法焊合开口环的两端面形成封闭的环型件毛坯，再用机械加工去掉加工余量。

线性摩擦焊方法对开口环的端面的磨擦振动方向为径向或轴向。

开口环端面留出的修整和焊接余量为2～20mm。

本发明方法的成型工艺特点是：采用热轧或热挤压方法制成异型截面型材毛坯，截面形状与环型件截面形状相同或相近，然后弯曲成开口环。

本发明方法的焊接工艺特点是：采用线性摩擦焊方法以径向摩擦振动或轴向摩擦振动焊合开口端面形成环型件毛坯。

本发明技术方案的优点是即采用热轧或热挤压方法制成异型截面型材毛坯，然后弯曲成开口环，再采用线性摩擦焊方法焊合端面形成环型件毛坯，最后机械加工去掉加工余量。

本方法适用于钛合金及其金属间化合物、高温合金、不锈钢、结构钢、铝合金等材料，可用于航空发动机、燃汽轮机、车辆、容器、机械设备等的环型件制造。

本方法克服了原有采用自由锻、模锻、环轧方法制成的环型毛坯矩形截面远远大于实际环型件截面面积的不足，以及由于原方法尺寸精度差使环型件毛坯加工余量的不足，大大降低了机械加工量，减少了加工时间，提高了材料利用率，使材料利用率由原来的5～15％提高到30％以上，降低了环型件制造成本。

采用线性摩擦焊替代闪光对焊，有明显优势。线性摩擦焊是固相连接，没有熔化过程，接头不存在氧化物夹杂、疏松、缩孔、裂纹等缺陷；焊接过程容易控制，设备简单，适于异型截面焊接；

线性摩擦焊焊缝宽度1～2mm，热影响区窄，接头强度和冲击韧性与母材相当；采用摩擦生热加热，焊接环型件不存在电流分流问题，且焊合面处于半熔化状态，耗能低；焊前不需要预热，焊接生产效率高。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

本发明技术方案首先根据环型件材料、截面形状、面积，设计相应的模具，制订热轧或热挤压工艺、焊接工艺、热处理工艺，由于材料不同各工艺参数可能不同，但环型件制造过程相同。具体实施步骤如下：

1.针对环型件材料和截面特点，选择热轧或热挤压模具材料，设计制造模具，毛坯单边设计加工余量1～5mm；

2.采用自由锻或热轧方法将合格的棒材或铸锭预成型成方形或圆形毛坯，毛坯长度、截面积满足环型件尺寸要求，；

3.采用热轧或热挤压方法把预成型的毛坯制成直型异型截面毛坯，控制毛坯尺寸精度和表面质量，使之满足后续加工要求；

4.在热态下弯曲成型，形成的开口环直径同环型件直径相当，视情况留出端面修整和焊接余量2～20mm；

5.焊前端面整形，使待焊合端面平行，开口与焊接摩擦方向平行；

6.根据环型件毛坯尺寸设计焊接夹具，夹具应具有足够的精度和刚度，能精确并牢固夹持环型件毛坯，同时能承受焊接摩擦载荷和顶锻载荷；

7.按试验规范设定各焊接工艺参数，实施焊接，摩擦方向可以采用径向，也可以采用轴向；

8.焊后切去焊接飞边；

9.采用超声波或X射线检查焊缝；

10.根据需要进行环型件毛坯整形，使不圆度满足加工要求。根据材料可以选择热状态下整形或冷状态下整形；

11.焊后退火处理，消除焊接应力；

12.机械加工去掉加工余量；

13.构件最终热处理。根据材料性质制订构件热处理工艺，以及选择机械加工前处理或者机械加工后处理。

实施实例一

某发动机压气机机匣是由上、下安装边和中间板材筒体焊接而成，上、下安装边为环型毛坯机械加工件，尺寸相同，材料为TC4，截面形状为

。采用本发明制造工艺如下：

1.采用模具钢材料制造热挤压模具，模具挤出口为，单边放大余量3mm；

2.采用自由锻方法将合格的TC4棒材改锻成圆形毛坯，毛坯长度、直径以能装到挤压筒并能挤压出足够尺寸的

型材；

3.采用热挤压方法把预成型的毛坯挤压成直型

截面毛坯，毛坯尺寸截面尺寸与模具尺寸相同，表面无裂纹。毛坯预热温度为850～980℃，挤压筒预热温度为600～800℃。

4.在800～950℃下在胎模上弯曲成型，形成的开口环直径比环型件直径略大，留出端面修整余量4mm，焊接余量8mm；

5.焊前采用铣削方法对端面修整，切割4mm，使待焊合端面平行，开口与焊接摩擦方向平行。此时环型件毛坯仅留约8mm左右的焊接余量。端面清理干净；

6.设计制造环型件毛坯焊接夹具，夹具采用45#钢经调质处理，精度和刚度能承受焊接摩擦载荷和顶锻载荷；

7.按试验规范设定各焊接工艺参数，实施焊接。摩擦方向采用轴向，振动频率35Hz、振幅3.5mm、摩擦时间5S、摩擦压力80～90KN、顶锻压力100KN；

8.焊后采用铣床切去焊接飞边；

9.采用超声波或X射线检查焊缝；

10.焊后退火处理，消除焊接应力。退火温度650～750℃；

11.机械加工去掉加工余量；

与现有技术相比，本发明方法减少环形件的加工时间、提高材料利用率、消除焊接接头的缺陷。

Claims

1.一种制造环型件的方法，其特征在于：该方法的步骤是：

2.根据权利要求1所述的制造环型件的方法，其特征在于：线性摩擦焊方法对开口环的端面的磨擦振动方向为径向或轴向。

3.根据权利要求1所述的制造环型件的方法，其特征在于：开口环端面留出的修整和焊接余量为2～20mm。