一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，包括如下步驟：第一步：在構(gòu)件的兩個(gè)端部分別安裝保護(hù)撐盤，通過(guò)立柱拉桿連接與支撐；第二步：根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)規(guī)定構(gòu)件入爐放置方式，選擇閉合筒體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一端朝下垂直放置；第三步：構(gòu)件選擇室溫入爐，預(yù)抽真空，升溫達(dá)到預(yù)定溫度后保溫，然后隨爐冷卻；第四步：當(dāng)撐盤冷卻后并與構(gòu)件筒體有一定間隙時(shí)，再將撐盤垂直拆卸。其優(yōu)點(diǎn)是：采用兩端撐盤，中間拉桿連接維型的方法，相對(duì)于專用模具的控制變形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可以控制構(gòu)件發(fā)生橢圓和撓曲變形，避免了反復(fù)加熱校形。
【專利說(shuō)明】一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種鈦合金真空熱處理方法，具體涉及一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，它適用于開(kāi)大窗口的薄壁鈦合金類零件。

【背景技術(shù)】
[0002]航天產(chǎn)品上應(yīng)用日益廣泛的鈦合金構(gòu)件，一方面是為了便于在內(nèi)部安裝大量設(shè)備必須開(kāi)設(shè)大窗口 ；另一方面，受圈圓設(shè)備以及鈦合金板材幅面尺寸的限制，構(gòu)件由多個(gè)圈圓成型的筒體組合焊接而成，構(gòu)件包含多道縱、環(huán)焊縫且焊接殘余應(yīng)力大，需要通過(guò)去應(yīng)力退火達(dá)到防止變形及開(kāi)裂的目的。這類構(gòu)件在熱處理時(shí)易發(fā)生復(fù)雜變形，目前生產(chǎn)實(shí)際中，僅靠傳統(tǒng)的熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化，不能有效控制構(gòu)件不同部位的變形，因此不能滿足后續(xù)機(jī)加工的要求。由于開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件本身結(jié)構(gòu)和形狀的限制，使用整體式模具的熱校形操作周期長(zhǎng)而不方便，且成本昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，它可以有效控制薄壁、開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件的熱處理變形，使構(gòu)件滿足后續(xù)機(jī)加工的要求，且操作簡(jiǎn)便。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，它包括如下步驟，
[0005]第一步:構(gòu)件兩端安裝保護(hù)撐盤，撐盤采用立柱連接與支撐，立柱上安裝凸臺(tái)，以減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，撐盤外徑尺寸與構(gòu)件內(nèi)徑尺寸留有間隙，以保證在加熱保溫狀態(tài)下尺寸配合良好；
[0006]第二步:將構(gòu)件入爐，選擇閉合筒體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一端朝下垂直放置，以減少構(gòu)件自重導(dǎo)致的變形；
[0007]第三步:構(gòu)件選擇室溫入爐，預(yù)抽真空，可以防止工件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化，升溫達(dá)到預(yù)定溫度后保溫，然后隨爐冷卻；
[0008]第四步:當(dāng)撐盤冷卻后并與構(gòu)件筒體有間隙時(shí)，再將撐盤拆卸，撐盤應(yīng)垂直取出，避免對(duì)構(gòu)件筒體的碰撞。
[0009]所述的第一步構(gòu)件兩端保護(hù)撐盤與構(gòu)件固定的方式為采用立柱拉桿連接，通過(guò)上撐盤處的拉桿螺母固定，保護(hù)撐盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)并留有減輕孔，可以減少撐盤重量，保護(hù)撐盤的刃口部分具有斜度，便于撐盤安裝，立柱拉桿上有安裝凸臺(tái)，可對(duì)撐盤進(jìn)行支撐，減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，撐盤可以精確控制構(gòu)件筒體的圓度，通過(guò)與立柱的連接，可以防止開(kāi)大窗口的構(gòu)件筒體撓曲變形的發(fā)生。
[0010]所述第三步真空熱處理時(shí)，預(yù)抽真空度達(dá)到I?5X10_2Pa，防止構(gòu)件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化；以2?3°C /min的速度升至700°C，保持真空度為I?5 X 10_2Pa ;構(gòu)件在700°C保溫1.5h，然后隨爐冷卻至小于200°C關(guān)閉擴(kuò)散泵，構(gòu)件在低于80°C時(shí)出爐。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，I)采用撐盤加立柱的方法，相對(duì)于專用模具控制變形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可達(dá)到控制開(kāi)大窗口構(gòu)件撓曲變形的目的；2)采用低溫入爐，緩慢加熱的升溫工藝，減小了開(kāi)大窗口構(gòu)件升溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力，減小了變形的產(chǎn)生；3)通過(guò)規(guī)定真空度、升溫速度、保溫溫度與時(shí)間，有利于實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的較高力學(xué)性能和較小變形的最佳結(jié)合；4)基于掌握的撐盤與構(gòu)件熱膨脹的規(guī)律，采用通過(guò)撐盤控制對(duì)構(gòu)件筒體圓度的目的；5)通過(guò)帶工裝的真空熱處理，構(gòu)件達(dá)到了退火與校形的雙重目的，解決了開(kāi)大窗口的焊接構(gòu)件產(chǎn)生裂紋和撓曲變形的難題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件所使用的保護(hù)撐盤示意圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件所使用的立柱與撐盤連接的工裝示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件的入爐擺放位置圖。
[0016]圖中，I上撐盤，2凸臺(tái)，3拉桿，4下?lián)伪P。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0018]一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，包括如下步驟:
[0019]第一步:構(gòu)件兩端安裝保護(hù)撐盤，撐盤采用立柱連接與支撐，立柱上安裝凸臺(tái)，以減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，撐盤外徑尺寸與構(gòu)件內(nèi)徑尺寸留有一定間隙，以保證在加熱保溫狀態(tài)下尺寸配合良好；
[0020]第二步:根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)規(guī)定構(gòu)件入爐放置方式，選擇閉合筒體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一端朝下垂直放置，以減少構(gòu)件自重導(dǎo)致的變形；
[0021]第三步:構(gòu)件選擇室溫入爐，預(yù)抽真空，可以防止工件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化，升溫達(dá)到預(yù)定溫度后保溫，然后隨爐冷卻；
[0022]第四步:當(dāng)撐盤冷卻后并與構(gòu)件筒體有一定間隙時(shí)，再將撐盤拆卸。撐盤應(yīng)垂直取出，避免對(duì)構(gòu)件筒體的碰撞。
[0023]所述第三步真空熱處理時(shí)，預(yù)抽真空度達(dá)到(I?5) X 10?,防止構(gòu)件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化；以2?3°C /min的速度升至700°C，保持真空度為(I?5) X 10_2Pa ;構(gòu)件在700°C保溫1.5h，然后隨爐冷卻至小于200°C關(guān)閉擴(kuò)散泵，構(gòu)件在低于80°C時(shí)出爐。
[0024]構(gòu)件兩端保護(hù)撐盤與構(gòu)件固定的方式為采用立柱拉桿連接，通過(guò)上撐盤處的拉桿螺母固定。
[0025]保護(hù)撐盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)并留有減輕孔，可以減少撐盤重量。
[0026]撐盤的刃口部分具有斜度，便于撐盤安裝。
[0027]立柱拉桿上有安裝凸臺(tái)，可對(duì)撐盤進(jìn)行支撐，減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力。
[0028]撐盤可以精確控制構(gòu)件筒體的圓度，通過(guò)與立柱的連接，可以防止開(kāi)大窗口的構(gòu)件筒體撓曲變形的發(fā)生。
[0029]以圖1的開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制為例，其形狀尺寸見(jiàn)附圖1，通過(guò)BT20鈦合金板材圈圓焊接成形，構(gòu)件總長(zhǎng)為1200mm,截面最大直徑為360mm,存在多條縱、環(huán)焊縫。真空熱處理前后要求圓度變形小于1mm，構(gòu)件直線度小于1.5mm。隨爐材料試片滿足性能σ b彡930MPa, δ 5彡10%的要求，外觀無(wú)氧化與污染。
[0030]【具體實(shí)施方式】按如下工藝步驟進(jìn)行:第一步四點(diǎn)和直線度測(cè)量記錄:測(cè)量構(gòu)件筒體水平與垂直方向外徑尺寸(Φ360尺寸部位)，(即通過(guò)四點(diǎn)劃線確定的水平方向和與之成90°的垂直方向的外徑尺寸)，測(cè)量構(gòu)件筒體的整體直線度。第二步:構(gòu)件兩端安裝保護(hù)撐盤，撐盤結(jié)構(gòu)形式如圖2。撐盤采用立柱連接與支撐，立柱上安裝凸臺(tái)，可以對(duì)撐盤進(jìn)行支撐，減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，如圖3。撐盤外徑尺寸與構(gòu)件內(nèi)徑尺寸留有一定間隙(徑向預(yù)留1.5mm)，以保證在加熱保溫狀態(tài)下尺寸配合良好。第三步:根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)規(guī)定構(gòu)件入爐放置方式，選擇閉合筒體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一端朝下垂直放置，以減少構(gòu)件自重導(dǎo)致的變形，如圖4。第四步構(gòu)件真空熱處理:預(yù)抽真空度達(dá)到(1?5) X 10_2Pa，防止構(gòu)件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化；以2?3°C /min的速度升至700°C，保持真空度為(1?5) X 10_2Pa ;構(gòu)件在700°C保溫1?2h，然后隨爐冷卻至小于200°C關(guān)閉擴(kuò)散泵，構(gòu)件在低于80°C時(shí)出爐。優(yōu)選的處理方式如下:預(yù)抽真空度達(dá)到3X10_2Pa，防止構(gòu)件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化；以2°C /min的速度升至700°C，保持真空度為3X 10_2Pa ;構(gòu)件在700°C保溫1.5h，然后隨爐冷卻至小于200°C關(guān)閉擴(kuò)散泵，構(gòu)件在低于80°C時(shí)出爐。第五步:當(dāng)撐盤冷卻后并與構(gòu)件筒體有一定間隙時(shí)，再將撐盤拆卸。撐盤應(yīng)垂直取出，避免對(duì)構(gòu)件筒體的碰撞。第六步構(gòu)件的質(zhì)量檢測(cè):測(cè)量構(gòu)件真空熱處理后的外徑與直線度尺寸以及隨爐試片的性能，查看外觀顏色，獲得滿足工序間尺寸要求和性能要求的構(gòu)件。
[0031]如圖2所示，上、下端保護(hù)撐盤的刃口部分具有斜度，由構(gòu)件筒體端面內(nèi)止口向外傾斜，便于安裝與拆卸。
[0032]如圖3所示，上、下端保護(hù)撐盤的突出構(gòu)件部分便于撐盤的拆裝，立柱的突出部分便于通過(guò)螺母進(jìn)行固定。
【權(quán)利要求】
1.一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，其特征在于:它包括如下步驟， 第一步:構(gòu)件兩端安裝保護(hù)撐盤，撐盤采用立柱連接與支撐，立柱上安裝凸臺(tái)，以減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，撐盤外徑尺寸與構(gòu)件內(nèi)徑尺寸留有間隙，以保證在加熱保溫狀態(tài)下尺寸配合良好； 第二步:將構(gòu)件入爐，選擇閉合筒體長(zhǎng)度較長(zhǎng)的一端朝下垂直放置，以減少構(gòu)件自重導(dǎo)致的變形； 第三步:構(gòu)件選擇室溫入爐，預(yù)抽真空，可以防止工件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化，升溫達(dá)到預(yù)定溫度后保溫，然后隨爐冷卻； 第四步:當(dāng)撐盤冷卻后并與構(gòu)件筒體有間隙時(shí)，再將撐盤拆卸，撐盤應(yīng)垂直取出，避免對(duì)構(gòu)件筒體的碰撞。
2.如權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，其特征在于:所述的第一步構(gòu)件兩端保護(hù)撐盤與構(gòu)件固定的方式為采用立柱拉桿連接，通過(guò)上撐盤處的拉桿螺母固定，保護(hù)撐盤為環(huán)形結(jié)構(gòu)并留有減輕孔，可以減少撐盤重量，保護(hù)撐盤的刃口部分具有斜度，便于撐盤安裝，立柱拉桿上有安裝凸臺(tái)，可對(duì)撐盤進(jìn)行支撐，減少撐盤對(duì)構(gòu)件的壓力，撐盤可以精確控制構(gòu)件筒體的圓度，通過(guò)與立柱的連接，可以防止開(kāi)大窗口的構(gòu)件筒體撓曲變形的發(fā)生。
3.如權(quán)利要求1所述的一種開(kāi)大窗口的鈦合金焊接構(gòu)件真空熱處理變形控制方法，其特征在于:所述第三步真空熱處理時(shí)，預(yù)抽真空度達(dá)到I?5 X 10_2Pa,防止構(gòu)件在加熱過(guò)程中發(fā)生氧化；以2?3°C /min的速度升至700°C，保持真空度為I?5 X 10_2Pa ;構(gòu)件在700°C保溫1.5h，然后隨爐冷卻至小于200°C關(guān)閉擴(kuò)散泵，構(gòu)件在低于80°C時(shí)出爐。
【文檔編號(hào)】C22F1/18GK104404420SQ201410592247
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】吳凱, 尤逢海, 姚為, 張鐵軍, 俞川, 尹峰, 賀曉軍 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造有限公司