CN112809324A - 钛合金平衡肘的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钛合金平衡肘的制造方法，包括如下步骤：采用钛合金材料，加工制作平衡肘轴组件和平衡肘臂组件；将平衡肘轴组件的安装端通过热镶方式装配于平衡肘臂组件的安装孔内，组装成平衡肘；对平衡肘轴组件和平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接；对焊接后的平衡肘进行真空热处理，消除应力；对消除应力后的平衡肘进行机加工。本发明通过采用钛合金材料替代现有技术中的高强钢材料制备平衡肘，具有重量轻便，强度高，低温冲击韧性好、疲劳性能号等优点，且钛合金平衡肘可在较大范围的温度变化内承受更高的强度载荷，钛合金平衡肘规避了高强钢平衡肘复杂的制造工艺路线，提高材料利用率，提高经济效益。

Description

钛合金平衡肘的制造方法

技术领域

本发明涉及特种车辆制造技术领域，尤其涉及一种钛合金平衡肘的制造方法。

背景技术

平衡肘是高速履带车辆中连接负重轮和行动元件的行动装置关键部件，平衡肘带动扭力轴变形吸收负重轮上下运动所产生的大量冲击能量，以减少车体所受冲击力，主要起到支撑车体和传递力的作用，受力复杂且受力变化较大。

由于履带车辆在实际运行中，路面情况复杂多变，会出现俯仰现象，平衡肘受力变化大，承受交变载荷作用，对材料的强度和疲劳性能提出更高要求。目前，平衡肘主要采用高强钢制造，其质量较大，低温冲击较差，在轻量化、可靠性等方面还有很大改进空间。

发明内容

本发明提供一种钛合金平衡肘的制造方法，用以解决现有技术中高强钢材质的平衡肘质量大，低温冲击差的缺陷，实现轻量化，提高可靠性，制造方便。

本发明提供一种钛合金平衡肘的制造方法，包括如下步骤：

采用钛合金材料，加工制作平衡肘轴组件和平衡肘臂组件；

将所述平衡肘轴组件的安装端通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件的安装孔内，组装成平衡肘；

对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接；

对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力；

对消除应力后的所述平衡肘进行机加工。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述将所述平衡肘轴组件的安装端通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件的安装孔内，组装成平衡肘的步骤，具体包括：

分别对所述平衡肘轴组件的安装端进行冷却和所述平衡肘臂组件的安装孔进行加热后，再将所述平衡肘轴组件的安装端插设于所述平衡肘臂组件的安装孔内，实现过盈装配。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用40％硝酸、20％氢氟酸、58％水配制酸洗试剂，室温下，用所述酸洗试剂对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行浸润15min～20min。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用填丝焊接方式对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行定位点焊，进而采用点丝焊接方式对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行打底层对称断续焊接。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，还包括：

对焊接后的所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行焊缝外观检验和渗透测试检测，并对检测合格后的所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行填丝焊接填充及盖面层焊接。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述定位点焊的焊缝长度为8mm～10mm。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力的步骤，还包括：

将所述平衡肘对应放置在矫形工装上；

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述真空热处理炉的热处理参数为入炉温度小于等于400℃，出炉温度小于等于200℃，升温速度55℃/h～180℃/h，保温680℃/h，降温速度120℃/h～140℃/h。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理的步骤，具体包括：

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理前，对所述真空热处理炉进行大于等于1小时的空炉退火，并保持所述真空热处理炉内的真空压强小于等于6.7×10^-2Pa。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述钛合金材料为钛合金TC18。

本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，通过采用钛合金材料制备平衡肘轴组件和平衡肘臂组件，并采用热镶方式将平衡肘轴组件的安装端插设于平衡肘臂组件的安装孔内，对装配部位进行酸洗并去除表面氧化膜，再对装配部位进行焊接、真空热处理消除应力，最终进行机加工，完成平衡肘的制作，通过采用钛合金材料替代现有技术中的高强钢材料制备平衡肘，具有重量轻便，强度高，低温冲击韧性好、疲劳性能号等优点，且钛合金平衡肘可在较大范围的温度变化内承受更高的强度载荷，钛合金平衡肘规避了高强钢平衡肘复杂的制造工艺路线，提高材料利用率，提高经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的钛合金平衡肘的制造方法的流程图；

图2是本发明提供的钛合金平衡肘的制造方法制造的平衡肘的结构示意图；

图3是本发明提供的钛合金平衡肘的制造方法制造的平衡肘的主视图；

图4是本发明提供的钛合金平衡肘的制造方法制造的平衡肘的装配部位的剖视图；

附图标记：

100：平衡肘轴组件； 110：安装端； 200：平衡肘臂组件；

210：安装孔； 300：焊缝。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图4描述本发明的一种钛合金平衡肘的制造方法，包括如下步骤：

采用钛合金材料，加工制作平衡肘轴组件100和平衡肘臂组件200；

将所述平衡肘轴组件100的安装端110通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件200的安装孔210内，组装成平衡肘；

对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接；

对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力；

对消除应力后的所述平衡肘进行机加工。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述将所述平衡肘轴组件100的安装端110通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件200的安装孔210内，组装成平衡肘的步骤，具体包括：

分别对所述平衡肘轴组件100的安装端110进行冷却和所述平衡肘臂组件200的安装孔210进行加热后，再将所述平衡肘轴组件100的安装端110插设于所述平衡肘臂组件200的安装孔210内，实现过盈装配。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用40％硝酸、20％氢氟酸、58％水配制酸洗试剂，室温下，用所述酸洗试剂对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行浸润15min～20min。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用填丝焊接方式对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行定位点焊，进而采用点丝焊接方式对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行打底层对称断续焊接。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，还包括：

对焊接后的所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行焊缝300外观检验和渗透测试检测，并对检测合格后的所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行填丝焊接填充及盖面层焊接。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述定位点焊的焊缝300长度为8mm～10mm。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力的步骤，还包括：

将所述平衡肘对应放置在矫形工装上；

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述真空热处理炉的热处理参数为入炉温度小于等于400℃，出炉温度小于等于200℃，升温速度55℃/h～180℃/h，保温680℃/h，降温速度120℃/h～140℃/h。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理的步骤，具体包括：

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理前，对所述真空热处理炉进行大于等于1小时的空炉退火，并保持所述真空热处理炉内的真空压强小于等于6.7×10^-2Pa。

根据本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，所述钛合金材料为钛合金TC18。

本发明实施例提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，具体包括如下步骤：

S1、采用钛合金材料，优选钛合金TC18，替换现有技术中的高强钢材料加工制作平衡肘轴组件100和平衡肘臂组件200，并对平衡肘轴组件100的安装端110和平衡肘臂组件200的安装孔210采用丙酮溶液进行擦拭，实现预清理；钛合金TC18材料密度为4.51g/cm³，可使转向架总体减重40％，达到明显的减重目的；母材抗拉强度大于等于1080兆帕，能够满足特种车辆在运行过程中对强度要求；低温冲击韧性好，能够满足高速履带车在高寒地区长时间运行要求；值得说明的是，平衡肘轴组件100和平衡肘臂组件200均留有加工余量，以适应在焊接和热处理过程中产生的形变；

S2、将平衡肘轴组件100的安装端110进行冷却，同时对平衡肘臂组件200的安装孔210进行加热，再通过热镶方式将冷却收缩后的平衡肘轴组件100的安装端110装配于加热膨胀后的平衡肘臂组件200的安装孔210内，组装成平衡肘，并对装配部位的表面采用丙酮溶液进行擦拭，实现清理；平衡肘轴组件100的安装端110为柱状结构，且安装端110的直径与安装孔210的直径尺寸相同，采用热胀冷缩的原理，实现平衡肘轴组件100与平衡肘臂组件200过盈配合，待恢复常温后牢固结合为一体的平衡肘；

装配后平衡肘轴组件100的安装端110高于平衡肘臂组件200的上平面的高度5mm，用以增加平衡肘轴组件100与平衡肘臂组件200相连接的焊脚的长度，提高连接强度；

S3、采用40％硝酸、20％氢氟酸、58％水配制酸洗试剂，室温下，用所述酸洗试剂对所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行浸润15min～20min，实现对平衡肘轴组件100和平衡肘臂组件200的装配部位酸洗，去除装配部位的表面氧化膜，以及在步骤S2中加热条件下装配部位形成氧化色，避免影响焊接质量；值得说明的是，浸润时间的设定需要避免钛合金在氢氟酸的条件下吸氢，而影响钛合金自身的结构强度；

S4、对酸洗后的平衡肘的装配部位的表面采用丙酮溶液进行擦拭，实现清理，在装配部位的上下两侧均匀定位点焊，分别设置四个焊点，点焊的焊缝300长度为8mm～10mm，采用填丝焊接方式焊接打底焊，一方面保证足够的焊接能量熔透根部，另一方面，添加焊丝有效补充了焊接过程造成和合金元素烧损，保证焊缝300质量；

打底层焊接顺序为，按照平衡肘轴组件100和平衡肘臂组件200的装配部位周圈的上下左右四个方向对称焊接，采用断续焊接，控制连续焊缝300长度30mm～40mm范围内；

值得说明的是，焊接采用氩弧焊，焊丝采用TA2，直径1.6mm，直流正接，电流100A～120A，电压9V～12V，焊接速度10cm/min～12cm/min，保护气体99.999％Ar，气体流量12L/min～15L/min，层间温度小于等于50℃，焊接位置平焊，需要保证焊缝300的颜色为银白色或淡黄色，不得出现蓝色；

S5、对打底层焊后的平衡肘的装配部位进行焊缝300外观检验和渗透测试检测，焊缝300打底层无裂纹及表面缺陷为合格，如有缺陷存在，应返修合格，并对检测合格后的所述平衡肘轴组件100和所述平衡肘臂组件200的装配部位进行填丝焊接填充及盖面层焊接，保证焊脚高度为5mm，保证接头强度，焊缝300表面凹形过渡，无咬边、气孔等表面缺陷；

对平衡肘的装配部位的焊缝300的表面进行清除打磨去除氧化色；

S6、焊接固定矫形工装，将平衡肘对应防止在矫形工装上，工装采用钛合金，清除工件和工装上的记号笔印记，油污等，去除焊缝300的氧化色；

为了防止钛合金污染，对真空热处理炉进行擦洗，并进行大于等于1小时的空炉退火，保持真空炉内真空压强小于等于6.7×10^-2Pa；

将矫形后的平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理，真空热处理炉内的热处理参数为：入炉温度小于等于400℃，出炉温度小于等于200℃，升温速度55℃/h～180℃/h，保温680℃/h，降温速度120℃/h～140℃/h；

S7、对消除应力后的平衡肘进行机加工，至图纸尺寸要求。

对通过利用以上实施例的钛合金平衡肘的制造方法制成的钛合金平衡肘进行性能试验：

1、TC18钛合金焊接接头强度检测

对上述实施例的钛合金平衡肘工作试件进行力学性能检测，检测结果为：抗拉强度946MPa和939MPa。

2、钛合金焊接接头宏观金相检测

对上述实施例的钛合金平衡肘焊接接头宏观金相检测，结果为焊缝截面无裂纹、空穴、固体夹渣、未熔合等缺陷，焊缝根部熔透，热影响区宽度2mm，焊脚高度5mm。

综上，通过本发明钛合金平衡肘的制造方法得到的钛合金平衡肘具有明显减重功能，焊接接头强度可达946MPa，低温冲击韧性良好，能够满足高速履带特种车辆在极寒条件下长期运行，达到减重和高强度目的。

本发明提供的一种钛合金平衡肘的制造方法，通过采用钛合金材料制备平衡肘轴组件和平衡肘臂组件，并采用热镶方式将平衡肘轴组件的安装端插设于平衡肘臂组件的安装孔内，对装配部位进行酸洗并去除表面氧化膜，再对装配部位进行焊接、真空热处理消除应力，最终进行机加工，完成平衡肘的制作，通过采用钛合金材料替代现有技术中的高强钢材料制备平衡肘，具有重量轻便，强度高，低温冲击韧性好、疲劳性能号等优点，且钛合金平衡肘可在较大范围的温度变化内承受更高的强度载荷，钛合金平衡肘规避了高强钢平衡肘复杂的制造工艺路线，提高材料利用率，提高经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用钛合金材料，加工制作平衡肘轴组件和平衡肘臂组件；

将所述平衡肘轴组件的安装端通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件的安装孔内，组装成平衡肘；

对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接；

对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力；

对消除应力后的所述平衡肘进行机加工。

2.根据权利要求1所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述将所述平衡肘轴组件的安装端通过热镶方式装配于所述平衡肘臂组件的安装孔内，组装成平衡肘的步骤，具体包括：

分别对所述平衡肘轴组件的安装端进行冷却和所述平衡肘臂组件的安装孔进行加热后，再将所述平衡肘轴组件的安装端插设于所述平衡肘臂组件的安装孔内，实现过盈装配。

3.根据权利要求1所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用40％硝酸、20％氢氟酸、58％水配制酸洗试剂，室温下，用所述酸洗试剂对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行浸润15min～20min。

4.根据权利要求1所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，具体包括：

采用填丝焊接方式对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行定位点焊，进而采用点丝焊接方式对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行打底层对称断续焊接。

5.根据权利要求4所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述对所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位酸洗，去除表面氧化膜，并对装配部位进行焊接的步骤，还包括：

对焊接后的所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行焊缝外观检验和渗透测试检测；

对检测合格后的所述平衡肘轴组件和所述平衡肘臂组件的装配部位进行填丝焊接填充及盖面层焊接。

6.根据权利要求4所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述定位点焊的焊缝长度为8mm～10mm。

7.根据权利要求1所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述对焊接后的所述平衡肘进行真空热处理，消除应力的步骤，还包括：

将所述平衡肘对应放置在矫形工装上；

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理。

8.根据权利要求7所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述真空热处理炉的热处理参数为入炉温度小于等于400℃，出炉温度小于等于200℃，升温速度55℃/h～180℃/h，保温680℃/h，降温速度120℃/h～140℃/h。

9.根据权利要求7所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理的步骤，具体包括：

将矫形后的所述平衡肘放置在真空热处理炉内进行真空热处理前，对所述真空热处理炉进行大于等于1小时的空炉退火，并保持所述真空热处理炉内的真空压强小于等于6.7×10^-2Pa。

10.根据权利要求1至9任一项所述的钛合金平衡肘的制造方法，其特征在于，所述钛合金材料为钛合金TC18。

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