CN116043003B - 一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法 - Google Patents
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Abstract
一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，属于航空发动机叶盘等高温部件技术领域。所述惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法包括以下步骤：采用金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压，焊缝区域温度升高至设定温度后持续设定时间，使叶盘焊缝产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出；进行后续时效热处理，增强强化相析出。所述惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法在时效处理前对叶盘焊缝先进行摩擦挤压强化处理，诱导焊缝强化相的析出，有利于降低后续时效处理的温度，避免母材在后续时效过程中出现过时效进而损害其高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机叶盘等高温部件技术领域，特别涉及一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法。
背景技术
叶盘是航空发动机的关键热端部件，长期服役于高温、高压和高速的恶劣环境中,这要求其具备优异的高温性能。镍基合金在高温下具有优异的抗蠕变性、抗疲劳性和耐腐蚀性，成为叶盘首选材料。
目前制造和修复航空发动机叶盘部件的主要技术是惯性摩擦焊，因焊接过程中界面材料未发生熔化，有效地避免了气孔、夹渣和凝固裂纹等焊接缺陷。镍基合金优异的高温性能得益于其内部弥散分布的γ′强化相，但在焊接过程中，焊缝区温度超过了γ′相的固溶温度，焊缝区的γ′相会发生回溶，从而降低焊缝区的高温性能。时效处理可以促进γ′相的析出和长大，但当时效温度过低时，焊缝区重新析出的γ′相过小，强化效果不足，无法改善焊缝区的高温性能；当时效温度过高时，焊缝区重新析出的γ′相长大到一定尺寸，具有较好的强化效果，从而提高其高温性能，但母材区会发生过时效，γ′相尺寸过大造成强化效果较弱，从而损害母材的高温性能。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其在时效处理前对叶盘焊缝先进行摩擦挤压强化处理，诱导焊缝强化相的析出，有利于降低后续时效处理的温度，避免母材在后续时效过程中出现过时效进而损害其高温性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，包括以下步骤：
采用金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压，焊缝区域温度升高至设定温度后持续设定时间，使叶盘焊缝产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出；
进行后续时效热处理，增强强化相析出。
进一步的，所述金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压之前，还包括如下步骤：
对进行惯性摩擦焊的工件进行焊前准备工作；
对准备好的工件进行惯性摩擦焊，得到叶盘部件；
对叶盘部件进行飞边加工，去除焊缝周围形成的飞边。
进一步的，所述金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压的工艺参数为：金属棒对焊缝的挤压压力为20-100kN，金属棒的转速为500-5000r/min，叶盘部件的转速为100-500r/min
进一步的，所述焊缝区域设置有红外测温传感器，所述红外测温传感器采集焊缝区域实时温度并发送给控制器，控制器进行如下判断：当实时温度≥900℃时，进行计时，计时持续10～300秒后，金属棒停止摩擦挤压。
进一步的，所述叶盘部件为规则圆柱形。
进一步的，所述金属棒的熔点温度高于金属棒与叶盘部件之间旋转摩擦时所达到的温度。
进一步的，所述金属棒的直径大于叶盘部件焊缝区域的宽度。
与现有及时相比，本发明的有益效果：
本发明在时效处理前先进行摩擦挤压强化处理，诱导焊缝强化相的析出，这有利于降低后续时效处理的温度，避免母材在后续时效过程中出现过时效进而损害其高温性能；本发明工艺简单，综合造价低。
本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法的流程及原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，包括以下步骤：
采用金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压，焊缝区域温度升高至设定温度后持续设定时间，使叶盘焊缝产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出；
进行后续时效热处理，增强强化相析出。
本实施例中，利用金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦和挤压，使焊缝区域局部温度升高，发生微量塑性变形，诱导强化相析出，增强强化效果；然后，进行后续时效热处理，增强强化相(γ′相)析出强化效果，从而提高焊缝区的高温性能，上述过程完成后，进行机械加工，使表面质量达到使用要求。
作为优选实施例，焊缝区域设置有红外测温传感器，红外测温传感器采集焊缝区域实时温度并发送给控制器，控制器进行如下判断：当实时温度≥900℃时，进行计时，计时持续10～300秒后，金属棒停止摩擦挤压。具体的，金属棒摩擦挤压焊缝产生高温，摩擦挤压表面温度可达到900-1100℃，摩擦挤压过程持续10-300秒，产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出。
作为优选实施例，金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压之前，还包括如下步骤：
对进行惯性摩擦焊的工件进行焊前准备工作，比如：成形加工、机械加工和焊前热处理；
对准备好的工件进行惯性摩擦焊，得到叶盘部件，实际操作时，选择合适的工艺参数对准备好的工件进行惯性摩擦焊；
对叶盘部件进行飞边加工，去除焊缝周围形成的飞边。
作为优选实施例，金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压的工艺参数为：金属棒对焊缝的挤压压力为20-100kN，金属棒的转速为500-5000r/min，叶盘部件的转速为100-500r/min。具体的，叶盘部件绕其轴心旋转，金属棒安装于主轴，主轴带动金属棒旋转并通过液压缸施加轴向压力，实现金属棒对叶盘部件焊缝的摩擦挤压。
具体的，叶盘部件为规则圆柱形。
具体的，金属棒的熔点温度高于金属棒与叶盘部件之间旋转摩擦时所达到的温度。
具体的，金属棒的直径大于叶盘部件焊缝区域的宽度。
实施例
如图1所示，一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，包括以下步骤：
(1)对进行惯性摩擦焊的工件进行焊前准备工作；
(2)对准备好的工件进行惯性摩擦焊，得到叶盘部件；
(3)对叶盘部件进行飞边加工，去除焊缝周围形成的飞边；
上述过程具体为：从合金锻件上加工出两个外径为60mm，壁厚为15mm的环，经过完全热处理后进行惯性摩擦焊接得到叶盘部件，去除其飞边；
(4)采用金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压，焊缝区域温度升高至设定温度后持续设定时间，使叶盘焊缝产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出；
具体的，金属棒与叶盘的材料相同，金属棒的直径为5mm，金属棒与惯性摩擦焊制造的叶盘部件的焊缝进行配合，利用金属棒对焊缝进行摩擦和挤压强化处理，使焊缝区域局部温度升高，发生微量塑性变形，诱导强化相析出；
(5)进行后续时效热处理，增强强化相析出，提高焊缝区的高温性能。
本发明将惯性摩擦焊制造的叶盘去除飞边后，利用金属棒对焊缝进行摩擦和挤压强化处理，使焊缝区域局部温度升高并发生微量塑性变形，诱导强化相析出。对强化处理后的工件精加工后进行时效处理，进一步促进焊缝强化相(γ′相)的析出，从而提高焊缝区的高温性能，相比于对整个叶盘部件直接进行焊后时效处理，本发明工艺简单，综合造价低，本发明在时效处理前先进行摩擦挤压强化处理，诱导焊缝强化相的析出，这有利于降低后续时效处理的温度，避免母材在后续时效过程中出现过时效进而损害其高温性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用金属棒对镍基合金叶盘部件焊缝进行摩擦挤压，焊缝区域温度升高至设定温度后持续设定时间，使叶盘焊缝产生高温微量塑性变形，诱导强化相析出；
进行后续时效热处理，增强强化相析出；
所述金属棒对镍基合金叶盘部件焊缝进行摩擦挤压的工艺参数为：金属棒对焊缝的挤压压力为20-100kN，金属棒的转速为500-5000r/min，叶盘部件的转速为100-500r/min；
所述焊缝区域设置有红外测温传感器，所述红外测温传感器采集焊缝区域实时温度并发送给控制器，控制器进行如下判断：当实时温度≥900℃时，进行计时，计时持续10~300秒后，金属棒停止摩擦挤压。
2.根据权利要求1所述的惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其特征在于，所述金属棒对叶盘部件焊缝进行摩擦挤压之前，还包括如下步骤：
对进行惯性摩擦焊的工件进行焊前准备工作；
对准备好的工件进行惯性摩擦焊，得到叶盘部件；
对叶盘部件进行飞边加工，去除焊缝周围形成的飞边。
3.根据权利要求1或2所述的惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其特征在于，所述叶盘部件为规则圆柱形。
4.根据权利要求1或2所述的惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其特征在于，所述金属棒的熔点温度高于金属棒与叶盘部件之间旋转摩擦时所达到的温度。
5.根据权利要求1或2所述的惯性摩擦焊发动机叶盘焊缝的摩擦挤压强化方法，其特征在于，所述金属棒的直径大于叶盘部件焊缝区域的宽度。
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