一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，涉及金属加工技术领域，包括以下步骤：步骤一，环件单元制备：准备多组经过塑性加工和机加制备的环件单元，不同组间的环件单元具有不同的内径和外径，环件单元的厚度≤200mm，各组环件单元的高度相等，各组环件单元按照外径从小到大的顺序依次记为1，2，3，

【技术实现步骤摘要】
一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法


[0001]本专利技术涉及金属加工
，特别是涉及一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法。

技术介绍

[0002]海洋装备、核电等领域对钛合金、镍合金、合金钢等超大规格金属环件和筒体的要求越来越迫切。但受限于熔炼设备和铸锭冶金质量等因素，高质量合金铸锭的锭型有限，单支铸锭无法满足超大规格环件或筒体的制备需求。例如，目前国内用于熔炼钛合金的真空自耗电弧炉通常为5~10t级，最大的17t真空自耗电弧炉只有唯一的1台。熔炼含有易偏析元素的钛合金时，铸锭单重更小，只有3~8t。传统制备大规格筒体的方法是用板材进行卷焊，需要多块板材拼焊，存在大量的纵焊缝、环焊缝及交叉焊缝，大大降低了承载筒形构件的可靠性，同时增加了焊接的工作量。
[0003]专利CN107626880A《一种大型环形锻件的制造工艺》通过预制坯料多层叠层构筑，电子束封焊，最后进行镦粗、冲孔、扩孔和环轧。虽然此方法突破了单支铸锭单重的限制，但是存在以下不足：1）锻焊复合时施压时间短，界面变形量较小，很难确保多个模块界面之间有效地焊合，界面结合质量不高；2）坯料面积大，电子束封焊深度只有20~50mm，锻压过程中坯料无法全部被压力机上砧覆盖，锻压过程中由于局部变形，焊缝很容易被撕裂；3）锻焊复合后的热扩散过程未施压，锻焊时未紧密结合的区域仍然无法很好地得到冶金结合；4）通过多层叠层构筑的坯料达到几十吨至上百吨，整体锻造对设备要求高，超大规格坯料整体锻造、冲孔制环坯难度大，材料利用率低。
[0004]专利CN109439936B《一种中强高韧钛合金超大规格环件的制备方法》采用真空自耗电弧炉熔炼得到的8~10t钛合金铸锭，通过锻造、冲孔、扩孔环轧制备外径大于3000mm，高度1500~2000mm的环件。该方法存在的问题是环件的单重受到真空自耗熔炼炉所能制备的铸锭单重的限制，环件的高度矮。经计算，如果用8~10t钛合金铸锭制备直径10m，壁厚100mm的超大环件，在成材率80%的情况下，其高度为450~570mm；当成材率为65%时，其高度只有370~460mm。对于大型海洋装备来说，由此带来的焊接工作量急剧增大及安全性下降是不可接受的。
[0005]专利CN113953429A《一种超大规格钛合金环件的制备方法》通过轴向叠层、真空封焊、热等静压得到超大规格坯料，然后进行镦粗、冲孔获得所需规格的环坯，最后进行热轧成形，获得目标尺寸与性能的超大规格钛合金环件。该方法通过热等静压解决了20t级大规格钛合金坯料的制备。但是该技术存在的问题是：1）受到热等静压机规格的限制，更大规格的金属环件所需坯料及环件无法获得；2）该技术通过整块实心坯料经过镦粗、冲孔获得所需规格的环坯，坯料单重大，锻造过程需要大型锻造设备，而且坯料单重大锻造难度大，很难实现坯料组织的均匀化；3）实心坯料在冲孔过程中冲孔困难，冲孔过程坯料内壁会撕裂严重，材料损失大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够获得超大规格的金属环件，金属环件内部结合界面质量优异，材料利用率高，对设备要求低。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，包括以下步骤：步骤一，环件单元制备：准备多组经过塑性加工和机加制备的环件单元，不同组间的环件单元具有不同的内径和外径，各组环件单元的厚度≤200mm，各组环件单元的高度相等，各组环件单元按照外径从小到大的顺序依次记为1，2，3，
…
，M；步骤二，将各组环件单元按直径由小到大加热后进行过盈套装，然后将相邻的所述环件单元的上端和下端进行电子束封焊，得到环件预制坯；步骤三，将所述环件预制坯进行环轧，得到金属环件。
[0008]优选地，所述步骤一中，各组所述环件单元包括一个经过塑性加工并机加的环件构件；或者，各组所述环件单元包括至少两个内径和外径均相同的环件构件，同一组所述环件单元的各所述环件构件经过表面除污处理后沿轴向叠层进行内外双面电子束封焊，保证结合界面焊透，最后对叠层、焊接后的同组环件单元进行机加和表面除污处理。
[0009]优选地，所述电子束焊接的焊接束流为160~300mA，焊接电压为60~90kV。
[0010]优选地，当各组所述环件单元包括至少两个内径和外径均相同的环件构件时，一个所述环件单元中的所述环件构件之间的焊缝与相邻的所述环件单元中的所述环件构件之间的焊缝不能处于同一高度，且高度差不小于100mm。
[0011]优选地，所述步骤一中，同一组所述环件单元中的各所述环件构件的材质相同或不同。
[0012]优选地，所述步骤一中，相邻的所述环件单元的材质相同或不同。
[0013]优选地，所述步骤一中，各组所述环件单元的内径和外径满足以下关系：第2组所述环件单元的内径d2需等于第1组所述环件单元的外径D1‑
1~D1‑
3，单位mm，第3组所述环件单元的内径d3需等于第2组所述环件单元的外径D2‑
1~D2‑
3，单位mm，依次类推，第M组所述环件单元的内径d
M
需等于第M
‑
1组所述环件单元的外径D
M
‑1‑
1~D
M
‑1‑
3，单位mm。
[0014]优选地，所述步骤二中，对第2组所述环件单元加热至150℃~250℃，然后通过导向装置套装于第1组所述环件单元外，待第1组所述环件单元和第2组所述环件单元冷却至室温后，再将加热后的第3组所述环件单元套装于第2组所述环件单元外，以此类推，完成所有所述环件单元的套装；所述步骤三中，所述环件预制坯环轧前需进行加热，加热前，所述环件预制坯的内表面和外表面涂防氧化涂层。
[0015]优选地，所述环件预制坯为钛合金时，第一火次加热温度为T
β
+50~1150，单位℃，其余火次的加热温度为T
β
‑
70~T
β
+30，单位℃，保温时间t=1.2T~2.0T，单位min，其中T为所述环件预制坯的厚度，单位mm；所述环件预制坯为碳钢或合金钢时，轧制加热温度为1000℃~1200℃，保温时间t=0.8T~1.5T，单位min，其中T为所述环件预制坯的厚度，单位mm；
所述环件预制坯为镍或镍合金时，轧制加热温度为1050℃~1250℃，保温时间t=0.8T~1.5T，单位min，其中T为所述环件预制坯的厚度，单位mm。
[0016]优选地，所述步骤三中，所述环件预制坯还能够进行变温轧制。
[0017]优选地，所述步骤三中，所述环件预制坯进行1~3火次轧制，在每火次所述环件预制坯的壁厚减薄率为30%~75%，所述环件预制坯的总的壁厚减薄率为60%~86%。
[0018]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术的环件单元通过过盈配合实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，环件单元制备：准备多组经过塑性加工和机加制备的环件单元，不同组间的环件单元具有不同的内径和外径，各组环件单元的厚度≤200mm，各组环件单元的高度相等，各组环件单元按照外径从小到大的顺序依次记为1，2，3，
…
，M；步骤二，将各组环件单元按直径由小到大加热后进行过盈套装，然后将相邻的所述环件单元的上端和下端进行电子束封焊，得到环件预制坯；步骤三，将所述环件预制坯进行环轧，得到金属环件。2.根据权利要求1所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：所述步骤一中，各组所述环件单元包括一个经过塑性加工并机加的环件构件；或者，各组所述环件单元包括至少两个内径和外径均相同的环件构件，同一组所述环件单元的各所述环件构件经过表面除污处理后沿轴向叠层进行内外双面电子束封焊，保证结合界面焊透，最后对叠层、焊接后的同组环件单元进行机加和表面除污处理。3.根据权利要求1所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：所述电子束焊接的焊接束流为160~300mA，焊接电压为60~90kV。4.根据权利要求2所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：当各组所述环件单元包括至少两个内径和外径均相同的环件构件时，一个所述环件单元中的所述环件构件之间的焊缝与相邻的所述环件单元中的所述环件构件之间的焊缝不能处于同一高度，且高度差不小于100mm。5.根据权利要求2所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：所述步骤一中，同一组所述环件单元中的各所述环件构件的材质相同或不同。6.根据权利要求1所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：所述步骤一中，相邻的所述环件单元的材质相同或不同。7.根据权利要求1所述的基于径向套装组坯的超大规格金属环件制备方法，其特征在于：所述步骤一中，各组所述环件单元的内径和外径满足以下关系：第2组所述环件单元的内径d2需等于第1组所述环件单元的外径D1‑
1~D1‑
3，单位mm，第3组所述环件单元的内径d3...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛鹏，席锦会，李育洛，杨楠，王瑞琴，刘姣，叶文辉，亢宁宁，陈峙廷，
申请(专利权)人：西部金属材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：