一種鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構連接的工藝方法
2023-10-05 22:27:24
專利名稱：一種鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構連接的工藝方法
技術領域：
本發明屬於機械加工工藝設計技術領域，具體涉及一種鈦鋁合金 渦輪轉軸三體結構連接的工藝方法。
背景技術：
一般車用柴油機增壓器的渦輪轉軸採用鑄造鎳基高溫合金K418 材料製作的渦輪葉輪與合金鋼軸42CrMo焊接，其組件整體重量較重。 (K418材料比重為8. 0 g/cin3),而採用鈦鋁合金渦輪葉輪與合金鋼軸 42CrMo製作的增壓器渦輪轉軸，組件重量較輕(鈦鉬合金渦輪葉輪材 料比重為3.9 g/cm3)。因而，應用鈦鋁合金渦輪葉輪將可以通過減輕 增壓器渦輪的重量，降低渦輪轉子系統的轉動慣量，達到提高廢氣渦 輪增壓發動機的加速瞬態響應性、減少起動/加速時冒黑煙和改善發動 機低速性能、以及提高增壓器軸系可靠性的多重目的。同時鈦鋁合金 渦輪葉輪高溫強度和抗氧化性能也較好，是增壓器行業較理想的材料 之一。但鈥鉬合金屬於金屬間化合物，釆用常規的焊接方法，無法實 現以往的二體直接連接，達不到設計要求的抗拉伸強度要求。根據國 外、國內有關資料報導及專利檢索，在連接方法上沒有找到合適的專 利，只發現了有一公開號為CN1183334A的專利，其專利原理適合於研
制階段的單件生產，對於目前批量工程化的生產，保證其連接性能的
穩定性、可靠性和可重複性等，均提出了新的要求。
發明內容
本發明正是為了解決鈦鋁合金渦輪葉輪在增壓器行業工程化應用 中，三體連接工藝步驟、過程控制方法等，提出的一種鈦鋁合金渦輪 轉軸三體連接的新的工藝方法。
本發明的技術方案是鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構由鈦鋁合金渦輪葉 輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡 套和42CrMo合金鋼軸通過端面進行摩擦焊接在一起，然後K418高溫合金 過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉軸通過外徑和內徑的過盈配合連接在一起，其 工藝步驟為(1)鈦鋁合金渦輪葉輪連接部位的機械加工；
(2 ) K418高溫合金過渡套連接部位的加工； (3) 42CrMo合金鋼軸樣件的加工；
(4 ) 42CrMo合金鋼軸與K418高溫合金過渡套的摩擦焊接； (5)去應力熱處理工序；
(6 ) K418高溫合金過渡套與42CrMo合金鋼軸焊接組件的加工；
(7)焊接組件與鈦鋁合金渦輪葉輪的過盈連接。
本發明的有益效果通過有效的工藝方法解決了三體連接中各環 節的主要難題，使得配合過盈量更加精確，連接結構工藝和工序步驟 更加合理，工藝參數更加準確，連接強度更加穩定和可靠，能夠滿足 批量生產的需求。即首先進行K418材料過渡套與合金鋼軸在摩擦焊 機上進行摩擦焊接，再進行與鈦鋁合金渦輪葉輪連接的工序步驟和方 法，有效的提高了連接強度，同時解決了摩擦焊接對鈦鋁合金渦輪葉 輪根部的衝擊，形成了過盈連接預備件加工_摩擦焊接_熱處理 - 過 渡套過盈配合尺寸精加工-高頻感應加熱-過盈連接的工藝方法。能 夠適合常規的批量生產要求。特別適合於工程化的應用，並且連接工 藝簡單、抗拉伸強度性能穩定可靠。解決了工藝連接的可靠性和穩定 性。
具體實施例方式
下面對本發明的最佳實施例作詳細描述，鈦鋁合金渦輪轉軸三體 結構由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸 組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進行摩擦焊 接在一起，然後K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉軸通過外徑 和內徑的過盈配合連接在一起。 其工藝步驟為
(1) 鈥鋁合金渦輪葉輪的加工獲得鈦鋁合金渦輪葉輪樣件。為 準備過盈連接，渦輪連接處進行凸圓外徑的車削加工，加工尺寸為① 22亳米、長15亳米，粗糙度為1.6。由於鈦鋁合金渦輪葉輪屬於難加工 材料，使用PVD-TIB2塗層硬質合金材料的刀具加工性能較好，主軸轉 速n-200轉/分，切削深度t-1.5mm。
(2) 高溫合金K418材料過渡套的加工將K418材料外徑進行精密 車削加工到①36亳米、長20亳米，內孔車鏜孔至①20亳米(留1.83亳米餘量)、長15亳米，粗糙度為1.6。外徑和內孔一次裝夾車成，可使
同軸度保證在O. lmm範圍內。
(3) 合金鋼軸42CrMo樣件的加工將42CrMo合金鋼軸外徑車削加工 到①36亳米、長255亳米尺寸要求，粗糙度為3. 2。
(4) 合金鋼軸42CrMo與K418材料過渡套的摩擦焊對接將42CrMo 合金鋼軸和K418材料分別裝夾在C-25型號摩擦焊機的主軸端和夾具端 進行摩擦焊焊接，使之成為42"Mo材料與K418材料為一整體組件。摩 擦焊接參數為轉速n-765轉/分，摩擦壓力Pr = 3. 5Mpa，摩擦時間Sr = 8 秒，頂鍛壓力D一4. 5 Mpa。保壓時間Sb-6秒。
(5) 去應力熱處理工序焊接後在普通回火爐內進行460。保溫2
小時去應力回火處理。
(6) 組件的加工將熱處理後的組件K418材料一端，內孔車鏜削
成①21.83亳米、長15毫米的尺寸，準備與精密鑄造獲得鈦鋁渦輪加工 後的樣件進行過盈連接，過盈量為0.17士0. Olmm。
(7) 焊接組件與鈦鋁合金渦輪葉輪的連接將鈦鋁合金渦輪葉輪 裝夾在CA6140車床主軸上，將加工後的組件裝夾在該車床的尾座上， 在過渡套K418材料的外部環繞20亳米長的感應線圈並且與普通的 BGY-FB型號的高頻感應設備相連接，當高頻感應設備運行12秒後，過 渡套K418材料瞬間溫度為1000 土80。(可用測溫儀進行監測)，此時立 即旋轉尾座手柄，將焊接組件向前推入鈦鋁渦輪軸徑內，隨空氣自然 冷卻至室溫，完成鈦鋁合金渦輪轉軸的三體連接。
本發明中應用的最佳鈦鋁材料主要成分比為Ti: 50%、 AL: 46%、 Cr: 1.7%、 V: 2.3%，合金鋼材料為國標42CrMo;高溫合金過渡套材 料為國標K418。
本發明介紹了三體結構的連接，提供了實現連接的成熟的工藝優 化方法，可適合批量生產的要求，連接抗拉伸強度性能穩定可靠。
權利要求
1、一種鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構連接的工藝方法，其特徵在於鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進行摩擦焊接在一起，然後K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉軸通過外徑和內徑的過盈配合連接在一起，其工藝步驟為(1)鈦鋁合金渦輪葉輪連接部位的機械加工；(2)K418高溫合金過渡套連接部位的加工；(3)42CrMo合金鋼軸樣件的加工；(4)42CrMo合金鋼軸與K418高溫合金過渡套的摩擦焊對接；(5)去應力熱處理工序；(6)K418高溫合金過渡套與42CrMo合金鋼軸焊接組件的加工；(7)焊接組件與鈦鋁渦輪的過盈連接。
2、 根據權利要求1所述的一種鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構連接的 工藝方法，所述的鈦鋁材料主要成分最佳比為Ti: 50%、 AL: 46%、 Cr: 1. 7%、 V: 2. 3%。
全文摘要
本發明屬於機械加工工藝設計技術領域，具體涉及一種鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構連接的工藝方法。鈦鋁合金渦輪轉軸三體結構由鈦鋁合金渦輪葉輪、K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸組成，K418高溫合金過渡套和42CrMo合金鋼軸通過端面進行摩擦焊接在一起，然後K418高溫合金過渡套再與鈦鋁合金渦輪轉軸通過外徑和內徑的過盈配合連接在一起，本發明的有益效果工藝簡單、抗拉伸強度性能穩定可靠。
文檔編號F01D5/02GK101596665SQ200810110548
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月3日 優先權日2008年6月3日
發明者洪 何, 姜明智, 繼 張, 王新英, 王晉偉, 王秀娟 申請人:中國兵器工業集團第七○研究所;鋼鐵研究總院