大尺寸钛合金棒加工方法.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CN112935508A(43)申请公布日2021.06.11(21)申请号202110132559.X(22)申请日2021.01.31(71)申请人王书杰地址050000河北省石家庄市新华区钟西路1号院5单元601(72)发明人王书杰(51)Int.Cl.B23K20/02(2006.01)B23K20/14(2006.01)B23K20/24(2006.01)B23K20/26(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图6页(54)发明名称大尺寸钛合金棒加工方法(57)摘要本发明公开了一种大尺寸钛合金棒加工方法。所述方法在低于钛合金熔点的情况下，通过对大端面进行预热，达到预热温度后向炉体内充入氢气，并向待连接端面喷撒氢化钛粉，使得钛合金端面表层快速熔化，然后通过离心力将含氢熔体甩出形成半固态表面，通过对两个待连接钛合金工件施压，实现其界面的快速连接，完成以后，通过真空处理，去除钛合金中的氢元素并实现焊接区域组织细化。所述方法只需要较低的能量即可实现大端面钛合金的连接，能耗低，热影响区相对较小，且连接效果好。CN112935508ACN112935508A权利要求书1/3页1.一种大尺寸钛合金棒加工方法，使用大尺寸钛合金棒加工装置，其特征在于包括如下步骤：将端面加热装置（11）装配到侧面加热装置（7）中间，然后将第一待连接母体（5）通过夹持板（4‑1）夹持到第一压力板（4）上，第二待连接母体（10）固定在固定装置上；第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）的被夹持面为非连接面；通过第一压力杆（3）和第二压力杆（8）的运动使得第一待连接母体（5）与第二待连接母体（10）运动至端面加热装置（11）附近，两侧分别与端面加热装置（11）保持间隔距离为3mm‑5mm；侧面加热装置（7）周围装配保温层；然后给整个炉体抽真空至10‑3‑10‑5Pa，通过侧面加热装置（7）和端面加热装置（11）给第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）加热，将第一待连接母体（5）和第二待连接母体（10）连接面加热温度T0至1350K；待温度稳定恒定之后，通过进气管（12）向炉体内充入氢气至压力达到10MPa，然后将端面加热装置（5）和第二待连接母体（10）一起下降至送料管（16）底部的水平线处；并保持端面加热装置（11）高于第二待连接母体（10）端面的距离大于送料管（16）的直径；然后将送料装置（16）送至第二待连接母体（10）连接端面上，旋转且往复运动送料管（16），使得载料槽中的氢化钛粉（19）均匀洒落在第二待连接母体（10）的连接端面上，同时第二压力杆（8）旋转，使得氢化钛粉（19）均匀分布在整个第二待连接母体（10）连接端面上；根据气氛中压力的环境，氢化钛受热后，释放出部分氢气然后熔化为含氢熔体，或者直接在高压下熔化，发生反应TiH2→Ti(H)L+H2；最终在第二待连接母体（10）连接端面快速形成熔化层，熔化层侵蚀第二待连接母体（10）基体，在端面以下形成液态、糊状区、固态分布区域；通过观察窗观察并确认端面的熔化情况，直至氢化钛粉（19）熔化完全，该过程中，气氛的气压上升，直至平衡限压阀（13）上限值15MPa；通过红外测温仪（14）反馈温度，保证第二待连接母体（10）端面的温度恒定；如果第二待连接母体（10）端面熔化尚不充分，可适当提高端面加热装置（11）的功率；然后将送料管（16）远离第二待连接母体（10）连接端面；加速第二待连接母体（10）的旋转，将含富氢且缺乏基体其他组元的熔体甩出，裸露出处于半固态处洁净表面，然后停止旋转；移开端面加热装置（11），并将第二待连接母体（10）快速上升使其与第一待连接母体（5）的端面接触，并施加压力至20‑100MPa，使得剩余大部分熔体挤出，并实现界面的原子键合连接；逐步降低气氛压力P0，剩余熔体中的氢开始分解；因为熔体氢含量的降低，端面上的剩余熔体结晶点逐渐升高，直至完全凝固，同时给系统抽真空，保持真空处理，除去第一待连接母体（5）、第二待连接母体（10）及其连接界面的氢元素，并通过真空除氢实现焊接区域组织的细化。2.如权利要求1所述的大尺寸钛合金棒加工方法，其特征在于：所述大尺寸钛合金棒加工装置包括炉体（1），所述炉体（1）内的上侧设置有一端位于炉体（1）外，另一端位于炉体（1）内且向下延伸的第一压力杆（3），位于所述炉体（1）外的第一压力杆（3）的一端设置有第一驱动装置，所述第一压力杆（3）在所述第一驱动装置的驱动下可进行旋转和升降运动，所述第一压力杆（3）的下侧形成有夹持装置，所述夹持装置上夹持有第一待连接母体（5），与所述第一待连接母体（5）相对应的炉体（1）内的下侧设置有第二压力杆（8），所述第二压力杆（8）