CN105108328A - 一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，焊接转速：零件焊接直径φ25-φ35mm时，焊接转速v＝0.6-0.5(m/s)；零件焊接直径φ35-φ45mm时，焊接转速v＝0.55-0.45(m/s)；零件焊接直径φ45-φ55mm时，焊接转速v＝0.5-0.4(m/s)；焊接压力：零件焊接直径φ25-φ40mm时，焊接压力P＝600-650MPa；零件焊接直径φ40-φ55mm时，焊接压力P＝550-600Mpa；焊接时间：零件焊接直径φ25-φ40mm时，焊接时间t＝5-10s；零件焊接直径φ40-φ55mm时，焊接时间t＝10-20s。本方法可以根据零件的焊接直径设计出一组焊接参数，并且通过对这组焊接参数对零件进行焊接能满足规定的焊接强度要求。

Description

一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法

技术领域

本发明属于增压器的制造领域，具体涉及一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法。

背景技术

增压器的主轴属于增压器的核心零件，工作时，其转速往往会达到数万转，甚至数十万转，属于高转速零件。它是由涡轮和光轴焊接在一起，再经过机械加工而成，为了满足其使用要求，必须要使焊缝达到一定的焊接强度值。其中，涡轮材料一般选用具有较高高温强度的K18B通过铸造而成，光轴材料一般选用经过调质处理的42CrMoA棒料，这两种材料的热物理性能、高温力学性能差异很大，属于异种金属的焊接。异种金属摩擦焊接在过程中容易使高温力学性能差的一端材料流失较快，造成摩擦生热不足，焊缝不能充分熔合，容易造成焊缝缺陷而造成焊缝强度低，达不到要求的焊接强度值。

目前，国内外摩擦焊接方式主要分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊。采用连续驱动摩擦焊接的方法对涡轮轴进行焊接时，一般采用PLC或计算机进行控制，控制焊接过程中的焊接转速、焊接压力和焊接时间，通过对这些焊接参数的控制来完成焊接过程。

但是，国、内外对于摩擦焊接参数的选用还没有统一的计算方法和选择原则。对于每种直径和焊接结构形式的涡轮轴焊接只能依据人员的经验，并通过进行数次的焊接和拉力实验才能获得满足焊接强度的焊接参数。而且，对于焊接这种高温性能差异较大的铸态涡轮和调质态的结构钢的摩擦焊接，为了得到合格的焊接质量，往往需要进行大量的焊接试验，这样，其试验成本和时间成本较高，不利于成本控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法。本方法可以根据零件的焊接直径设计出一组焊接参数，并且通过对这组焊接参数对零件进行焊接能满足规定的焊接强度要求。

本发明的目的是这样实现的：

一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，准备涡轮和光轴作为焊接用的零件，涡轮的材料为铸态的K18B，光轴的材料为调质态的42CrMoA，涡轮和光轴的焊接直径为φ25-φ55mm，

焊接转速的确定方法如下：

采用焊接处线速度表征焊接转速，对于焊接直径位于φ25-φ35mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.6-0.5(m/s)；对于焊接直径位于φ35-φ45mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.55-0.45(m/s)；对于焊接直径位于φ45-φ55mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.5-0.4(m/s)；

焊接压力的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝600-650MPa；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝550-600Mpa；

焊接时间的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝5-10s；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝10-20s。

为了提高焊接质量，优选地，确定焊接转速时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较大端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较小端值。

为了进一步提高焊接质量，进一步优选地，所确定焊接转速分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

为了提高焊接质量，优选地，确定焊接压力时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较大端值。

为了进一步提高焊接质量，进一步优选地，所确定焊接压力分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

为了提高焊接质量，优选地，确定焊接时间时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较大端值。

为了进一步提高焊接质量，进一步优选地，所确定焊接时间分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明内容是建立在长期实验数据的基础上，通过归类总结和实验验证的方法建立起焊接参数与被焊零件的结构形状和尺寸的内在联系。通过这种内在的关系，能够实现快速设计出不同焊接直径(范围在φ25-φ55之内)零件的焊接参数。使用这组焊接参数焊接的零件能满足焊接强度的要求。

这种方法能在一定的范围内(焊接直径在φ25-φ55，焊接材料分别为铸态的K18B和调质态的42CrMoA)，根据零件的焊接结构和尺寸设计出一组焊接参数，并且通过对这组焊接参数的焊接试验能满足规定的焊接强度要求。按照此方法设计的焊接参数能满足焊接直径在φ25-φ55范围内的主轴摩擦焊接，通过这种方法，我们验证了直径为φ25、φ30、φ40、φ42、φ45、φ50及φ55等直径的焊接参数，其焊接强度均能满足规定的强度要求，说明此焊接方法效果明显。通过此方法的应用，能在很大程度上减少焊接试验过程的零件浪费和时间浪费，同时也是首次提出一种采用理论计算设计摩擦焊接参数的方法。

具体实施方式

一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，准备涡轮和光轴作为焊接用的零件，涡轮的材料为铸态的K18B，光轴的材料为调质态的42CrMoA，涡轮和光轴的焊接直径为φ25-φ55mm，

焊接转速的确定方法如下：

采用焊接处线速度表征焊接转速，对于焊接直径位于φ25-φ35mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.6-0.5(m/s)；对于焊接直径位于φ35-φ45mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.55-0.45(m/s)；对于焊接直径位于φ45-φ55mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.5-0.4(m/s)；

优选地，确定焊接转速时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较大端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较小端值。进一步优选地，所确定焊接转速分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

焊接压力的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝600-650MPa；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝550-600Mpa；

优选地，确定焊接压力时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较大端值。进一步优选地，所确定焊接压力分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

焊接时间的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝5-10s；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝10-20s。

优选地，确定焊接时间时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较大端值。进一步优选地，所确定焊接时间分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

为了说明此焊接参数设计方法，以我单位某型号涡轮增压器主轴的摩擦为例，详细阐述此方法的应用过程。此零件焊接处直径为φ42mm，焊接材料为铸态的K18B和调质态的42CrMoA。按照此焊接参数的设计方法，其焊接参数取值为：

确定焊接转速，零件直径为φ42mm，在φ35-φ45mm之间，且靠近大直径，因此，选用线速度v＝0.45(m/s)，则焊接转速：

$n=\frac{60000v}{\mathrm{\π}D}=\frac{60000\×0.5}{\mathrm{\π}\×42}=227R/min$

确定焊接压力，零件直径为φ42mm，在φ40-φ55之间mm，且靠近小直径，因此，焊接压力选用P＝550MPa。

确定焊接时间，零件直径为φ42mm，在φ40-φ55mm之间，且靠近小直径，因此，焊接压力选用t＝12s。

因此，此型号涡轮增压器主轴的摩擦焊接参数如下表所示：

焊接直径(mm)	焊接转速(R/min)	焊接压力(MPa)	焊接时间(s)
				φ42	227	550	12

焊接检验：

通过对试验件的拉伸实验检验，此焊接参数焊接的产品零件的焊接强度达到了要求强度值的110％-120％。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，准备涡轮和光轴作为焊接用的零件，涡轮的材料为铸态的K18B，光轴的材料为调质态的42CrMoA，涡轮和光轴的焊接直径为φ25-φ55mm，其特征在于：

焊接转速的确定方法如下：

采用焊接处线速度表征焊接转速，对于焊接直径位于φ25-φ35mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.6-0.5(m/s)；对于焊接直径位于φ35-φ45mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.55-0.45(m/s)；对于焊接直径位于φ45-φ55mm直径范围的零件，焊接转速选用范围v＝0.5-0.4(m/s)；

焊接压力的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝600-650MPa；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接压力选用范围P＝550-600Mpa；

焊接时间的确定方法如下：

对于焊接直径位于φ25-φ40mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝5-10s；对于焊接直径位于φ40-φ55mm直径范围的零件，焊接时间选用范围t＝10-20s。

2.根据权利要求1所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：确定焊接转速时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较大端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接转速趋近对应选用范围的较小端值。

3.根据权利要求2所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：所确定焊接转速分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

4.根据权利要求1所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：确定焊接压力时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接压力趋近对应选用范围的较大端值。

5.根据权利要求4所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：所确定焊接压力分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。

6.根据权利要求1所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：确定焊接时间时，当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较小端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较小端值；当零件的焊接直径趋近所处直径范围的较大端值时，焊接时间趋近对应选用范围的较大端值。

7.根据权利要求6所述的增压器主轴的连续驱动摩擦焊接方法，其特征在于：所确定焊接时间分割对应选用范围的比例与零件的焊接直径分割所处直径范围的比例相同。