[发明专利]大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺

摘要

大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，先进行薄壁环件单体轧制成形；然后进行壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，完成第一层第一环薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形过程；然后进行薄壁环件单体轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，将第二层的第三薄壁环件单体与第一薄壁环件单体进行轴向叠加焊接；再进行薄壁环件单体径轴向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，将第二层的第四薄壁环件单体与第二和第三薄壁环件单体进行径轴向焊接；最后进行厚壁筒形件径向、轴向和径轴向复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形，本发明显著提高材料的利用率，降低能源消耗，提高产品的整体性能。

主权项

1.大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)薄壁环件单体轧制成形：采用径‑轴向热轧技术进行薄壁环件制坯，将准备好的金属锭通过下料、制坯、环轧、热处理和机加工工艺制备出搅拌摩擦焊接增材成形所需要的薄壁环件单体；2)薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形：首先，将第一薄壁环件单体(1a)和第二薄壁环件单体(1b)以同轴径向层叠对接的形式装夹在焊接工作台上作为待焊工件；然后，通过电磁感应加热器(7)对焊接线材(6)进行预热，通过送料器(5)将预热后的焊接线材(6)送到待焊工件的焊缝1a‑1b处；接着，高速旋转的第一立式搅拌头(1)扎入待焊工件的接缝，第一立式搅拌头(1)以逆时针方向自转，同时第一立式搅拌头(1)沿焊缝1a‑1b绕环件圆周逆时针运动，送料器(5)以与搅拌头自转时相同的切向线速度往焊缝1a‑1b处持续输送焊接线材(6)，焊接线材(6)同时被第一立式搅拌头(1)搅入焊缝1a‑1b中，第一立式搅拌头(1)的自转速率大小需要使待焊工件接缝周围的金属和焊接线材(6)被加热到塑性状态，且控制温度低于金属的熔点，塑化的金属在第一立式搅拌头(1)的搅拌及挤压作用下，不断填充搅拌针移动后所形成的空腔，并逐渐冷却凝固形成焊缝1a‑1b；另外，第一立式搅拌头(1)搅拌焊接的同时，电磁式激振器(8)打开，对焊缝1a‑1b处塑化的金属进行微锻处理，使焊缝1a‑1b处金属组织形态近似完全形成焊核；第一立式搅拌头(1)沿焊缝1a‑1b向前运动搅拌焊接一周后，第一立式搅拌头(1)的搅拌速度不变，同时第一立式搅拌头(1)从待焊工件中缓慢抽出，送料器(5)继续向匙孔中输送焊接线材(6)，此时，送料器(5)继续输送焊接线材(6)的速率及时间需要和第一立式搅拌头(1)的抽出速率及时间相匹配，直到继续输送的焊接线材(6)发生塑化后填满匙孔为止，完成了第一层第一环薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形过程；3)按照步骤2)的薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，将第二层的第三薄壁环件单体(2a)与第一薄壁环件单体(1a)进行轴向叠加焊接，由第一卧式搅拌头(3)、送料器(5)、焊接线材(6)、电磁感应加热器(7)和电磁式激振器(8)完成；4)按照步骤2)的薄壁环件单体径向层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，将第四薄壁环件单体(2b)与步骤3)中获得的薄壁环件单体焊接件同时进行径向和轴向叠加焊接，其中，第四薄壁环件单体(2b)的内环面与第三薄壁环件单体(2a)的外环面通过第二立式搅拌头(2)进行径向叠加焊接，第四薄壁环件单体(2b)的下端面与第二薄壁环件单体(1b)的上端面通过第二卧式搅拌头(4)进行轴向叠加焊接，由第二立式搅拌头(2)、第二卧式搅拌头(4)、送料器(5)、焊接线材(6)、电磁感应加热器(7)和电磁式激振器(8)完成；5)厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形：重复步骤2)完成第一层薄壁环件单体径向层叠式增材搅拌摩擦焊，实现第一层的径向尺寸不断扩展；重复步骤3)完成第三、第四、······、第n层的第一环环件单体轴向层叠式增材搅拌摩擦焊，实现大型厚壁筒形件的轴向尺寸不断扩展；重复步骤4)，完成需要进行双面焊接除第一层和每一层第一环薄壁环件单体之外的其余薄壁环件单体的径轴向层叠式增材搅拌摩擦焊，从而不断进行径向、轴向和径轴向层叠式增材搅拌摩擦焊，直到最终加工形成的工件满足产品要求，则完成了大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形。