[发明专利]一种钛合金中空筒体结构件的成形方法

说明书

一种钛合金中空筒体结构件的成形方法，属于钛合金成形技术领域。本发明解决了现有的对于中空筒体结构件的冷加工过程中易发生回弹效应，且没有适宜的热加工工艺及成形工装的的问题。双层带筋筒体套在胀形工装上，在真空热处理炉中进行热胀形；将双层带筋筒体和内、外蒙皮装配至超塑成形‑扩散连接工装中并连通气路，然后放入超塑成形‑扩散连接设备中，升温并通入惰性气体，在高温高压下，外筒体外壁与外蒙皮内壁之间发生扩散连接，内筒体内壁与内蒙皮外壁之间发生扩散连接，最后冷却至室温后，拆解工装取出零件，最终形成中空筒体结构件，内筒体与外筒体之间的三条纵焊缝及十五条环焊缝即为横纵交替的纵向加强筋与周向加强筋结构。

技术领域

本发明涉及一种钛合金中空筒体结构件的成形方法，属于钛合金成形技术领域。

背景技术

一种中空筒体结构件，如图4～6所示，整体为四层的圆柱形筒体结构，包括双层带筋筒体、内蒙皮102和外蒙皮103，所述双层带筋筒体包括内筒体100和外筒体101，且内筒体100与外筒体101之间布置有三条纵向加强筋104及十五条周向加强筋105。

中空筒体类零件是航空航天飞行器、航海潜艇用于承载一定气压或液压的关键零件，在服役过程中承受着较大的压力。另外，目前全世界最先进的飞行器及潜艇对结构减重的要求日益苛刻，对零件不仅要求其具有较高的强度，同时要实现轻量化的目标，因此，钛合金是目前最适合实现上述要求的金属材料。但是钛合金冷成形性能较差，常造成钛合金零件发生回弹效应导致实际发生的塑性变形很小，而中空筒体结构件由于具有较多的周向加强筋，致使其结构复杂，需要较大的塑性变形才能实现零件成形，因此对于钛合金中空筒体结构件不能采用冷成形，而现阶段研究表明激光焊接、超塑成形-扩散连接等热成形方法是制造中空筒体类零件较为合适的方法。其中激光焊接作为一种高能束焊具有焊缝深宽比大、热影响区小、焊接变形小等优点，另外激光焊接与电子束焊接相比无需在真空环境中完成焊接，所以对焊缝的尺寸、结构上有着更大的灵活性；超塑成形-扩散连接可实现零件在高温环境下快速一次成形，尤其适合结构复杂难以施焊部位的相互连接。

中空筒体结构件所用材料均是牌号为TA15，厚度为1.0mm的板料，由于板料厚度较薄，导致板料焊接过程中易发生变形，超塑成形-扩散连接过程易发生破裂。而现有技术中尚未有针对上述中空筒体结构件最有效的焊接成形工艺，而现有技术中对于类似的中空筒体类零件的成形工装及作用原理并不适用于上述中空筒体结构件，例如现有技术中有采用胀瓣胀芯结构实现零件成形，但是因胀瓣属分体模具，各胀瓣之间存在间隙，成形后零件表面会有凸起，表面不平整，无法保证成形效果。

发明内容

本发明是为了解决现有的对于中空筒体结构件的冷加工过程中易发生回弹效应，且没有适宜的热加工工艺及成形工装的问题，进而提供了一种钛合金中空筒体结构件的成形方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种钛合金中空筒体结构件的成形方法，它包括如下步骤：

步骤一、按照内筒体的尺寸选择对应大小的板料，卷成圆筒形结构后套在焊接工装上，通过激光焊对对接缝进行焊接并打磨焊缝余高，形成内筒体，焊接后的内筒体继续放置在焊接工装上；

步骤二、按照外筒体的尺寸选择对应大小的板料，并卷成圆筒形结构，同轴套设在内筒体外部，通过激光穿透焊在两个圆筒形结构之间焊接出均布的三条纵焊缝及均布的十五条环焊缝，形成连接为一体的双层带筋筒体，然后将其从焊接工装上取下并打磨所有焊缝余高，其中每条环焊缝包括沿内筒体周向均布的若干焊缝段，且每相临两个焊缝段之间均存在间隙；

步骤三、将步骤二中的双层带筋筒体套在胀形工装上，在真空热处理炉中进行热胀形；

步骤四、按照内蒙皮与外蒙皮的尺寸选择对应大小的板料，并分别卷成圆筒形结构，通过激光焊对该步骤中两个圆筒形结构的对接缝分别进行焊接，打磨焊缝余高，形成内蒙皮与外蒙皮；