一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113649720A(43)申请公布日2021.11.16(21)申请号202110818878.6(22)申请日2021.07.20(71)申请人河北钢研德凯科技有限公司地址072750河北省保定市涿州市开发区火炬南街申请人中国北方发动机研究所中国航发北京航空材料研究院(72)发明人朱春雷刘烨静永娟何洪朱小平邵冲高仕山(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人史云聪(51)Int.Cl.B23K31/02(2006.01)B23K103/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法(57)摘要本发明公开一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，主要包括步骤：步骤一，将加工好的结构钢轴和镍基高温合金过渡体进行摩擦焊，然后进行退火处理；步骤二，将钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体的端部配合面设计为波纹状，在钛铝合金涡轮轴端部放置钎料，采用感应加热方式对镍基高温合金过渡体进行加热，将加热好的镍基高温合金过渡体向下压入装配好钎料的钛铝合金涡轮轴中；步骤三，将过盈装配的钛铝涡轮转轴，在真空钎焊炉中钎焊处理，通过钎料熔化后的扩散实现钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体端面的冶金结合。本发明增加了钛铝合金涡轮轴与过渡体端面的钎焊冶金结合强度，进而大幅提升了钛铝涡轮转轴的连接强度。CN113649720ACN113649720A权利要求书1/1页1.一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，将加工好的结构钢轴和镍基高温合金过渡体进行摩擦焊，将经摩擦焊后得到的摩擦焊组件进行退火处理；步骤二，将钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体的端部配合面设计为波纹状，在钛铝合金涡轮轴端部放置钎料，采用感应加热方式对镍基高温合金过渡体进行加热，将加热好的镍基高温合金过渡体向下压入装配好钎料的钛铝合金涡轮轴中，待冷却后，即可完成钛铝合金涡轮轴的过盈连接；步骤三，将过盈装配的钛铝涡轮转轴，在真空钎焊炉中进行900～960℃保温2～6小时的钎焊处理，通过钎料熔化后的扩散实现钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体端面的冶金结合。2.根据权利要求1所述的钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：步骤一中，摩擦焊组件退火处理时的温度为400～500℃，时间为2‑4小时。3.根据权利要求1所述的钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：步骤二中，钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体在圆周面配合过盈量为0.10～0.30之间。4.根据权利要求1所述的钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：步骤二中，钛铝合金涡轮轴与镍基高温合金过渡体的端部配合面为波纹状，波峰波谷差为0.20～0.50mm之间，波长为3.0～5.0mm之间。5.根据权利要求1所述的钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：钎料采用Ti‑Zr‑Cu‑Ag或者Ti‑Zr‑Cu‑Ni合金箔带钎料，钎料厚度为0.01～0.03mm之间。6.根据权利要求1所述的钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法，其特征在于：步骤二中，感应加热时的加热温度在800℃～900℃之间，加热时间为60～120秒之间。2CN113649720A说明书1/4页一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法技术领域[0001]本发明涉及钛铝合金涡轮与钢轴连接技术领域，特别是涉及一种钛铝合金涡轮与钢轴的复合连接方法。背景技术[0002]钛铝合金是一种新型轻质高温结构材料，将这种材料代替较重的镍基高温合金应用于车辆发动机增压器涡轮，可通过降低转动惯量而显著提高发动机的加速性响应性，且具有显著的节能减排效果。钛铝合金增压器涡轮的应用已被列为先进内燃机轻量化技术发展的必然趋势。为进行钛铝合金增压器涡轮的装配，需要将钛铝合金涡轮与结构钢轴(通常为40Cr或42CrMo钢)连接起来，而且考虑到增压器涡轮转轴是一种高速转动部件(转速高达5万rpm到20万rpm)，连接部位可靠性要求较高。[0003]然而，由于钛铝合金属于一种脆性材料，且由于钛铝合金与结构钢的热物性参数差异较大，直接实现钛铝合金与结构钢的焊接难度极大。例如：专利ZL02133239.8报道一种通过钛/镍复合梯度扩散焊接工艺进行钛铝合金与钢之间的连接，但由于焊接接头界面生成了多种脆性相，例如TiC、FeC、Ti2AlC、Ti3AlC、TiNiC，这种接头较脆，接头强度稳定性差。如果采用这种连接方案进行钛铝涡轮与结构钢轴的直接连接，并不适用于高速转动部件。又如：专利CN200510010401.6报道一种通过内螺纹和钎焊工艺实现涡轮与结构钢轴的直接连接工艺；专利CN201310384372.4报道了螺纹+过盈配合的连接工艺。但考虑