[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

说明书

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。

技术领域

本发明属于大型厚壁筒形件成形技术领域，具体涉及大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺。

背景技术

随着我国石化、核电等大型装备的快速发展，大型化已成为相关领域的关键性发展趋势。大型筒形件是大型锻件中主要种类之一，广泛应用于火电、核电、石化等工业领域，随着这些行业的飞速发展和技术进步，对大型筒形件的需求越来越广泛。而大型筒形件作为这些容器类装备的重要零部件，其综合性能要求也越来越高，加之其尺寸的超大型化，对生产制造提出了更大的挑战。长期以来，我国大型筒形件生产均采用自由锻造工艺，不仅生产效率低，而且形状、壁厚偏差大，耗能耗材严重。由于成形过程需要巨大的成形力来完成，大型锻压设备制造困难、制造成本高，受压力机成形能力和产品成形质量的限制，很难用锻压技术实现其成形。随着铸锭增大凝固速度慢、材料偏析严重、晶粒粗大和裂纹铸造缺陷在后期锻压过程中不能全部消除，导致部分筒形件的延伸率及强度不能满足设计要求。在实际生产中，极易出现夹皮、型腔充不满、粗晶等现象。而且大型筒形件成功锻造往往是以较多材料损耗，较高能源消耗为代价的。另外，现有的搅拌摩擦焊接容易在焊缝处形成飞边、凹坑和匙孔等缺陷。因此，传统大型厚壁筒形件的加工方法已无法满足市场提出的高效、节能节材、性能优越的制造要求。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，通过该工艺制备出焊缝处金属组织完全形成焊核的高性能大型厚壁筒形件，能够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。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

大型厚壁筒形件复合层叠式搅拌摩擦焊接增材成形工艺，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卧式搅拌头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；