CN115647566B - 一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，步骤为：设计焊接接头结构，使焊接凸台I和焊接凸台II之间形成差异性，通过焊接凸台I和焊接凸台II之间的差异性辅助焊接飞边的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；在环形件A上加工焊接凸台I，在环形件B上加工焊接凸台II；将加工好的环形件A和环形件B装夹到惯性摩擦焊机的工装内；设定焊接参数；启动惯性摩擦焊机，对环形件A和环形件B进行惯性摩擦焊接并实现轴向缩短，待焊接完成后去除焊接飞边；对焊接组件进行焊后热处理，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
Description
技术领域
本发明属于惯性摩擦焊技术领域，特别是涉及一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法。
背景技术
随着对航空发动机性能要求的不断提高，核心转子部件所用材料以及材料之间的焊接接头要承受更高的温度梯度和应力，导致同种材料焊接已经难以适应这种较大温度梯度的服役环境，需要通过异种高温合金焊接来满足这种性能要求。然而，异种高温合金的物理和化学特性差异大，并且存在焊接难度大、接头高温持久寿命低、焊后热处理无法使焊接接头获得足够的强化相等技术问题。因此，惯性摩擦焊被引入异种高温合金的焊接中，由于惯性摩擦焊一种是固相焊接技术，其焊缝是锻态组织，相比电子束焊、激光焊等焊接有明显优势，因而可以满足异种高温合金的焊接。针对航空发动机转子零件以及盘轴类零件，在零件制造过程中已广泛应用惯性摩擦焊技术。
公告号为CN113967785A的中国专利申请，公开了一种异质材料双向嵌合机械补强的摩擦焊接方法，其通过在强度大、硬度大的硬材料待焊接端面上由中心轴向外依次加工内凹槽、凸台及外凹槽的焊接接头结构，以及通过在强度小、硬度小的软材料待焊接端面上加工焊接凹槽的焊接接头结构，实现异质材料间的W形双向嵌合机械补强，焊接面积逐渐增加以改善焊接成型，促进焊接能力的提高，解决异质材料之间焊后接头轴向及径向强度低、韧性差、应力大等问题。但是，上述接头结构设计复杂，并不适于焊接高精度的航空发动机转子零件以及盘轴类零件，而且上述接头结构中的焊接凹槽不利于飞边挤出，容易导致焊接缺陷，反而会降低焊接接头的高温持久寿命。
公告号为CN110158002A的中国专利申请，公开了一种惯性摩擦焊转子组件的焊前及焊后热处理方法，其适用对象为三级高压压气机盘鼓组件或高压涡轮盘轴组件，从前级到后级的材料分别为GH4169、FGH96、FGH96，经过焊后飞边去除后，将零件装入真空热处理炉进行焊后热处理，其选用的热处理温度为745℃～770℃，热处理时间为2.5h～6h，焊后热处理完成后，零件进行空冷或者气氛冷却。尽管上述热处理方法将不同惯性摩擦焊接头的焊后热处理制度进行了统一，在保证材料本身组织和性能的基础上，保证组件进行统一的焊后热处理制度。但是，上述热处理方法存在热处理时效温度较低的问题，导致焊接接头的强化相尺寸较小，这并不利于提升焊接接头的高温持久寿命。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，通过差异性的焊接接头结构设计以及合适的轴向缩短量，实现了焊接接触面足够的塑性变形层，可将焊接接头的高温持久寿命提高3倍以上；在此基础上，进行焊后热处理时，通过优化热处理温度和冷却速率，焊接接头实现了较大的强化相尺寸和数量，可将焊接接头的高温持久寿命进一步提高2倍以上。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一：设计焊接接头结构
焊接接头结构分为焊接凸台I和焊接凸台II，焊接凸台I位于环形件A上，焊接凸台II位于环形件B上；环形件A为强度低的高温合金，环形件B为强度高的高温合金；焊接凸台I的外圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距为4mm～11mm，焊接凸台I的内圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距比焊接凸台I的外圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距大1mm～5mm；焊接凸台I的径向厚度为4.5mm～15mm；焊接凸台I的外圆周侧环形表面及焊接凸台I的内圆周侧环形表面与焊接凸台I的焊接接触面相垂直；焊接凸台I的焊接接触面与环形件A的中心线相垂直；焊接凸台II的外圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距为5mm～14mm；焊接凸台II的内圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距比焊接凸台II的外圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距大0.5mm～6mm；焊接凸台II的径向厚度比焊接凸台I的径向厚度小0.5mm～6.5mm；焊接凸台II的外圆周侧环形表面及焊接凸台II的内圆周侧环形表面与焊接凸台II的焊接接触面相垂直；焊接凸台II的焊接接触面与环形件B的中心线相垂直；焊接凸台I的外圆周侧环形表面直径大于焊接凸台II的外圆周侧环形表面直径；焊接凸台I的内圆周侧环形表面直径小于焊接凸台II的内圆周侧环形表面直径；通过上述焊接接头结构，使焊接凸台I和焊接凸台II之间形成差异性，通过焊接凸台I和焊接凸台II之间的差异性辅助焊接飞边的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；
步骤二：按照步骤一中设计的焊接接头结构，在环形件A上加工焊接凸台I，在环形件B上加工焊接凸台II，环形件A和环形件B的外径尺寸为100mm～500mm，环形件A和环形件B的焊前轴向高度为30mm～70mm；
步骤三：将加工好的环形件A和环形件B装夹到惯性摩擦焊机的工装内，对环形件A和环形件B与工装之间的配合程度进行焊前检查，保证环形件A和环形件B的夹紧状态，同时保证环形件A和环形件B处于同轴状态，之后利用酒精将焊接凸台I的焊接接触面和焊接凸台II的焊接接触面擦拭干净；
步骤四：设定焊接参数
焊接惯量为300kg·m2～3000kg·m2，焊接转速为100rpm～400rpm，焊接压力为100MPa～400MPa；
步骤五：安装步骤四中设定的焊接参数，启动惯性摩擦焊机，对环形件A和环形件B进行惯性摩擦焊接，待焊接完成后，需要在24小时通过车加工方式去除焊接过程中产生的焊接飞边，使环形件A和环形件B形成的焊接组件的轴向缩短量达到2.5mm～6.0mm，且环形件A的轴向缩短量大于1.0mm；
步骤六：当焊接飞边去除完成后，需要在72小时内对焊接组件进行焊后热处理，焊后热处理工艺为固溶+时效热处理，固溶温度需要高于环形件A母材固溶温度10℃～50℃，固溶时间为0min～100min，之后需要随炉冷却至720℃～780℃并保温4h～10h，冷却速率控制在1℃/s～4℃/s，最后空冷至室温，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
本发明的有益效果：
本发明的提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，通过差异性的焊接接头结构设计以及合适的轴向缩短量，实现了焊接接触面足够的塑性变形层，可将焊接接头的高温持久寿命提高3倍以上；在此基础上，进行焊后热处理时，通过优化热处理温度和冷却速率，焊接接头实现了较大的强化相尺寸和数量，可将焊接接头的高温持久寿命进一步提高2倍以上。
附图说明
图1为环形件A的结构示意图；
图2为环形件B的结构示意图；
图3为环形件A与环形件B在焊接前的组合体示意图；
图4为环形件A与环形件B在焊接后的组合体示意图；
图中，1—焊接凸台I，2—焊接凸台II，3—环形件A，4—环形件B，5—焊接凸台I的外圆周侧阶梯面，6—焊接凸台I的内圆周侧阶梯面，7—焊接凸台I的焊接接触面，8—焊接凸台I的外圆周侧环形表面，9—焊接凸台I的内圆周侧环形表面，10—焊接凸台II的外圆周侧阶梯面，11—焊接凸台II的内圆周侧阶梯面，12—焊接凸台II的焊接接触面，13—焊接凸台II的外圆周侧环形表面，14—焊接凸台II的内圆周侧环形表面，15—焊接飞边。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例一
一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一：设计焊接接头结构
焊接接头结构分为焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)，如图1所示，焊接凸台I(1)位于环形件A(3)上，如图2所示，焊接凸台II(2)位于环形件B(4)上；环形件A(3)为强度低的GH4065A高温合金，环形件B(4)为强度高的FGH96高温合金；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为5mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为4mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)之间的轴向间距为1mm；焊接凸台I(1)的径向厚度为4.5mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径为90mm，焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径为80mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)及焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)相垂直；焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)与环形件A(3)的中心线相垂直；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为5.5mm；焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(11)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为5mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(12)之间的轴向间距为0.5mm；焊接凸台II(2)的径向厚度为4mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径为89.5mm，焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径为80.5mm，焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)及焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)相垂直；焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)与环形件B(4)的中心线相垂直；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径比焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径大0.25mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径比焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径小0.25mm；通过上述焊接接头结构，使焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间形成差异性，通过焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间的差异性辅助焊接飞边(15)的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B(4)在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；
步骤二：按照步骤一中设计的焊接接头结构，在环形件A(3)上加工焊接凸台I(1)，在环形件B(4)上加工焊接凸台II(2)，环形件A(3)和环形件B(4)的外径尺寸为100mm，环形件A(3)和环形件B(4)的焊前轴向高度为30mm；
步骤三：将加工好的环形件A(3)和环形件B(4)装夹到惯性摩擦焊机的工装内，对环形件A(3)和环形件B(4)与工装之间的配合程度进行焊前检查，保证环形件A(3)和环形件B(4)的夹紧状态，同时保证环形件A(3)和环形件B(4)处于同轴状态，如图3所示，之后利用酒精将焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)和焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)擦拭干净；
步骤四：设定焊接参数
焊接惯量为300kg·m2，焊接转速为100rpm，焊接压力为100MPa；
步骤五：安装步骤四中设定的焊接参数，启动惯性摩擦焊机，对环形件A(3)和环形件B(4)进行惯性摩擦焊接，如图4所示，待焊接完成后，需要在24小时通过车加工方式去除焊接过程中产生的焊接飞边(15)，使环形件A(3)和环形件B(4)形成的焊接组件的轴向缩短量达到2.5mm，且环形件A(3)的轴向缩短量为1.1mm；
步骤六：当焊接飞边(15)去除完成后，需要在48小时后对焊接组件进行焊后热处理，焊后热处理工艺为固溶+时效热处理，固溶温度为1030℃，固溶时间为50min，之后需要随炉冷却至750℃并保温7h，冷却速率为2.5℃/s，然后空冷至室温，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
实施结果：环形件A(3)和环形件B(4)完成焊接后，对带有焊接飞边(15)的焊接组件进行了外观目测检查，对机加工去除了焊接飞边(15)的焊缝区域进行了外观目视检查、荧光检测、相控阵超声波检测检查、涡流检测、750℃高温持久性能检测、焊缝电子显微镜检测。外观目视检查结果表明：焊接飞边(15)尖端未伸入基体内部，内外飞边无裂纹，飞边呈连续分布且无中断现象。荧光着色检测结果表明：焊缝区域表面无裂纹等缺陷。相控阵超声波检查和涡流检测结果表明：焊缝内部无未焊点，焊缝区域无裂纹缺陷，焊接接头的750℃高温持久寿命达到496小时，与传统方法获得的焊接接头相比，高温持久寿命提高了10倍左右。经电子显微镜观察，焊缝强化相尺寸达到与母材一致尺寸，与传统方法获得的焊接接头相比，强化相尺寸明显增大。
实施例二
一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一：设计焊接接头结构
焊接接头结构分为焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)，如图1所示，焊接凸台I(1)位于环形件A(3)上，如图2所示，焊接凸台II(2)位于环形件B(4)上；环形件A(3)为强度低的GH4065A高温合金，环形件B(4)为强度高的FGH96高温合金；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为10mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为7mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)之间的轴向间距为3mm；焊接凸台I(1)的径向厚度为9mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径为290mm，焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径为272mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)及焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)相垂直；焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)与环形件A(3)的中心线相垂直；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为13mm；焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(11)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为10mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(12)之间的轴向间距为3mm；焊接凸台II(2)的径向厚度为6mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径为287mm，焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径为275mm，焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)及焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)相垂直；焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)与环形件B(4)的中心线相垂直；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径比焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径大1.5mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径比焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径小1.5mm；通过上述焊接接头结构，使焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间形成差异性，通过焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间的差异性辅助焊接飞边(15)的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B(4)在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；
步骤二：按照步骤一中设计的焊接接头结构，在环形件A(3)上加工焊接凸台I(1)，在环形件B(4)上加工焊接凸台II(2)，环形件A(3)和环形件B(4)的外径尺寸为300mm，环形件A(3)和环形件B(4)的焊前轴向高度为50mm；
步骤三：将加工好的环形件A(3)和环形件B(4)装夹到惯性摩擦焊机的工装内，对环形件A(3)和环形件B(4)与工装之间的配合程度进行焊前检查，保证环形件A(3)和环形件B(4)的夹紧状态，同时保证环形件A(3)和环形件B(4)处于同轴状态，如图3所示，之后利用酒精将焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)和焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)擦拭干净；
步骤四：设定焊接参数
焊接惯量为1650kg·m2，焊接转速为250rpm，焊接压力为300MPa；
步骤五：安装步骤四中设定的焊接参数，启动惯性摩擦焊机，对环形件A(3)和环形件B(4)进行惯性摩擦焊接，如图4所示，待焊接完成后，需要在24小时通过车加工方式去除焊接过程中产生的焊接飞边(15)，使环形件A(3)和环形件B(4)形成的焊接组件的轴向缩短量达到4mm，且环形件A(3)的轴向缩短量为2mm；
步骤六：当焊接飞边(15)去除完成后，需要在72小时内对焊接组件进行焊后热处理，焊后热处理工艺为固溶+时效热处理，固溶温度需要高于环形件A(3)母材固溶温度的1030℃，固溶时间为50min，之后需要随炉冷却至750℃并保温7h，冷却速率为2.5℃/s，然后空冷至室温，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
实施结果：环形件A(3)和环形件B(4)完成焊接后，对带有焊接飞边(15)的焊接组件进行了外观目测检查，对机加工去除了焊接飞边(15)的焊缝区域进行了外观目视检查、荧光检测、相控阵超声波检测检查、涡流检测、750℃高温持久性能检测、焊缝电子显微镜检测。外观目视检查结果表明：焊接飞边(15)尖端未伸入基体内部，内外飞边无裂纹，飞边呈连续分布且无中断现象。荧光着色检测结果表明：焊缝区域表面无裂纹等缺陷。相控阵超声波检查和涡流检测结果表明：焊缝内部无未焊点，焊缝区域无裂纹缺陷，焊接接头的750℃高温持久寿命达到510小时，与传统方法获得的焊接接头相比，高温持久寿命提高了10倍左右。经电子显微镜观察，焊缝强化相尺寸达到与母材一致尺寸，与传统方法获得的焊接接头相比，强化相尺寸明显增大。
实施例三
一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，包括如下步骤：
步骤一：设计焊接接头结构
焊接接头结构分为焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)，如图1所示，焊接凸台I(1)位于环形件A(3)上，如图2所示，焊接凸台II(2)位于环形件B(4)上；环形件A(3)为强度低的GH4065A高温合金，环形件B(4)为强度高的FGH96高温合金；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为16mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)之间的轴向间距为11mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧阶梯面(5)与焊接凸台I(1)的内圆周侧阶梯面(6)之间的轴向间距为5mm；焊接凸台I(1)的径向厚度为15mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径为490mm，焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径为460mm；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)及焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)与焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)相垂直；焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)与环形件A(3)的中心线相垂直；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为20mm；焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(11)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)之间的轴向间距为14mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧阶梯面(10)与焊接凸台II(2)的内圆周侧阶梯面(12)之间的轴向间距为6mm；焊接凸台II(2)的径向厚度为8.5mm；焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径为483.5mm，焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径为466.5mm，焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)及焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)与焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)相垂直；焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)与环形件B(4)的中心线相垂直；焊接凸台I(1)的外圆周侧环形表面(8)直径比焊接凸台II(2)的外圆周侧环形表面(13)直径大3.25mm；焊接凸台I(1)的内圆周侧环形表面(9)直径比焊接凸台II(2)的内圆周侧环形表面(14)直径小3.25mm；通过上述焊接接头结构，使焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间形成差异性，通过焊接凸台I(1)和焊接凸台II(2)之间的差异性辅助焊接飞边(15)的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B(4)在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；
步骤二：按照步骤一中设计的焊接接头结构，在环形件A(3)上加工焊接凸台I(1)，在环形件B(4)上加工焊接凸台II(2)，环形件A(3)和环形件B(4)的外径尺寸为500mm，环形件A(3)和环形件B(4)的焊前轴向高度为70mm；
步骤三：将加工好的环形件A(3)和环形件B(4)装夹到惯性摩擦焊机的工装内，对环形件A(3)和环形件B(4)与工装之间的配合程度进行焊前检查，保证环形件A(3)和环形件B(4)的夹紧状态，同时保证环形件A(3)和环形件B(4)处于同轴状态，如图3所示，之后利用酒精将焊接凸台I(1)的焊接接触面(7)和焊接凸台II(2)的焊接接触面(12)擦拭干净；
步骤四：设定焊接参数
焊接惯量范围为3000kg·m2，焊接转速为400rpm，焊接压力为400MPa；
步骤五：安装步骤四中设定的焊接参数，启动惯性摩擦焊机，对环形件A(3)和环形件B(4)进行惯性摩擦焊接，如图4所示，待焊接完成后，需要在24小时通过车加工方式去除焊接过程中产生的焊接飞边(15)，使环形件A(3)和环形件B(4)形成的焊接组件的轴向缩短量达到6.0mm，且环形件A(3)的轴向缩短量为3.0mm；
步骤六：当焊接飞边(15)去除完成后，需要在72小时内对焊接组件进行焊后热处理，焊后热处理工艺为固溶+时效热处理，固溶温度需要高于环形件A(3)母材固溶温度的1050℃，固溶时间为100min，之后需要随炉冷却至780℃并保温10h，冷却速率为4℃/s，然后空冷至室温，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
实施结果：环形件A(3)和环形件B(4)完成焊接后，对带有焊接飞边(15)的焊接组件进行了外观目测检查，对机加工去除了焊接飞边(15)的焊缝区域进行了外观目视检查、荧光检测、相控阵超声波检测检查、涡流检测、750℃高温持久性能检测、焊缝电子显微镜检测。外观目视检查结果表明：焊接飞边(15)尖端未伸入基体内部，内外飞边无裂纹，飞边呈连续分布且无中断现象。荧光着色检测结果表明：焊缝区域表面无裂纹等缺陷。相控阵超声波检查和涡流检测结果表明：焊缝内部无未焊点，焊缝区域无裂纹缺陷，焊接接头的750℃高温持久寿命达到480小时，与传统方法获得的焊接接头相比，高温持久寿命提高了10倍左右。经电子显微镜观察，焊缝强化相尺寸达到与母材一致尺寸，与传统方法获得的焊接接头相比，强化相尺寸明显增大。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (1)
1.一种提高惯性摩擦焊接头高温持久寿命的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：设计焊接接头结构
焊接接头结构分为焊接凸台I和焊接凸台II，焊接凸台I位于环形件A上，焊接凸台II位于环形件B上；环形件A为强度低的高温合金，环形件B为强度高的高温合金；焊接凸台I的外圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距为4mm～11mm，焊接凸台I的内圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距比焊接凸台I的外圆周侧阶梯面与焊接凸台I的焊接接触面之间的轴向间距大1mm～5mm；焊接凸台I的径向厚度为4.5mm～15mm；焊接凸台I的外圆周侧环形表面及焊接凸台I的内圆周侧环形表面与焊接凸台I的焊接接触面相垂直；焊接凸台I的焊接接触面与环形件A的中心线相垂直；焊接凸台II的外圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距为5mm～14mm；焊接凸台II的内圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距比焊接凸台II的外圆周侧阶梯面与焊接凸台II的焊接接触面之间的轴向间距大0.5mm～6mm；焊接凸台II的径向厚度比焊接凸台I的径向厚度小0.5mm～6.5mm；焊接凸台II的外圆周侧环形表面及焊接凸台II的内圆周侧环形表面与焊接凸台II的焊接接触面相垂直；焊接凸台II的焊接接触面与环形件B的中心线相垂直；焊接凸台I的外圆周侧环形表面直径大于焊接凸台II的外圆周侧环形表面直径；焊接凸台I的内圆周侧环形表面直径小于焊接凸台II的内圆周侧环形表面直径；通过上述焊接接头结构，使焊接凸台I和焊接凸台II之间形成差异性，通过焊接凸台I和焊接凸台II之间的差异性辅助焊接飞边的挤出，用以改善焊缝组织，同时使采用强度高的高温合金环形件B在惯性摩擦焊时产生足够的塑性变形层和轴向缩短量；
步骤二：按照步骤一中设计的焊接接头结构，在环形件A上加工焊接凸台I，在环形件B上加工焊接凸台II，环形件A和环形件B的外径尺寸为100mm～500mm，环形件A和环形件B的焊前轴向高度为30mm～70mm；
步骤三：将加工好的环形件A和环形件B装夹到惯性摩擦焊机的工装内，对环形件A和环形件B与工装之间的配合程度进行焊前检查，保证环形件A和环形件B的夹紧状态，同时保证环形件A和环形件B处于同轴状态，之后利用酒精将焊接凸台I的焊接接触面和焊接凸台II的焊接接触面擦拭干净；
步骤四：设定焊接参数
焊接惯量为300kg·m2～3000kg·m2，焊接转速为100rpm～400rpm，焊接压力为100MPa～400MPa；
步骤五：安装步骤四中设定的焊接参数，启动惯性摩擦焊机，对环形件A和环形件B进行惯性摩擦焊接，待焊接完成后，需要在24小时通过车加工方式去除焊接过程中产生的焊接飞边，使环形件A和环形件B形成的焊接组件的轴向缩短量达到2.5mm～6.0mm，且环形件A的轴向缩短量大于1.0mm；
步骤六：当焊接飞边去除完成后，需要在72小时内对焊接组件进行焊后热处理，焊后热处理工艺为固溶+时效热处理，固溶温度需要高于环形件A母材固溶温度10℃～50℃，固溶时间为0min～100min，之后需要随炉冷却至720℃～780℃并保温4h～10h，冷却速率控制在1℃/s～4℃/s，最后空冷至室温，经过焊后热处理的焊接组件在焊接接头内会析出满足要求的强化相尺寸和数量。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU564125A1 (ru) * | 1976-02-17 | 1977-07-05 | Физико-технический институт АН Белорусской ССР | Способ сварки трением |
| WO1995032833A1 (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-07 | General Electric Company | Method for friction welding a shaft to a disk and assembly formed thereby |
| CN109280812A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-29 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种镍铁基变形高温合金摩擦焊接头的热处理工艺 |
| CN111515520A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-11 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种变直径多焊接面回转体构件同步轴向焊接方法 |
| CN113770508A (zh) * | 2021-11-11 | 2021-12-10 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种提高gh4151惯性摩擦焊焊缝质量的工艺方法 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20080230584A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | The Boeing Company | Method for Manufacturing a Workpiece by Friction Welding to Reduce the Occurrence of Abnormal Grain Growth |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU564125A1 (ru) * | 1976-02-17 | 1977-07-05 | Физико-технический институт АН Белорусской ССР | Способ сварки трением |
| WO1995032833A1 (en) * | 1994-05-31 | 1995-12-07 | General Electric Company | Method for friction welding a shaft to a disk and assembly formed thereby |
| CN109280812A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-29 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种镍铁基变形高温合金摩擦焊接头的热处理工艺 |
| CN111515520A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-11 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种变直径多焊接面回转体构件同步轴向焊接方法 |
| CN113770508A (zh) * | 2021-11-11 | 2021-12-10 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种提高gh4151惯性摩擦焊焊缝质量的工艺方法 |
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