不等截面双金属传动件制造方法及设备技术

本发明专利技术涉及不等截面双金属传动件制造方法及设备，采用外场复合带模强制温度控制顺序生长整体焊接成型技术，原位合金化双金属梯度材料，近净制造不等截面双金属传动件；该方法产生电磁搅拌作用、电磁冶金作用、超声焊接作用，综合控制大体积焊接熔池液态金属凝固过程，在高速送丝系统、带模强制温度控制系统、近净强迫顺序生长整体成型系统、原位合金化梯度材料的配合下，实现不等截面双金属传动件制造方法。本发明专利技术装置是由电磁焊接系统、超声焊接系统、高效焊接系统集成组合而成。本发明专利技术采用无分层焊缝结构快速、低成本焊接制造不等截面双金属传动件的方法和设备；减少了制造周期，提高了生产效率，保障了传动件高可靠和长寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接快速成型技术，具体涉及一种不等截面双金属传动件制造方法及设备，属于焊接

技术介绍
如何充分发挥焊接技术的制造优势和现代结构材料的性能，快速制造大转矩、低噪声、低能耗、无污染的新型梯度功能结构的变截面高性能特种传动结构/部件/器件/系统(如特种传动轴、活塞杆、高速和重型齿轮，特种转子和叶片、特种轮毂轴、导轨、齿辊、轧辊等)，特别是要解决极端与特殊情况下，轻量化、长寿命、高可靠、高性能新型特种传动部件及其系统存在高能源消耗、高材料消耗、长加工周期、使用寿命短等问题是机械工程重要装备领域的关键技术。在极端服役条件下，机械关键基础零部件中变截面高性能特种传动件，目前主要采用整体单一结构件(如锻压件、铸造件)经机械加工后制造而成，其原材料、能源、人力等资源消耗较大，加工时间长，设备要求极高、成本投入大，而成品率较低，制造成本居高不下。近年来，国内外焊接科技工作者成功将现代先进焊接技术应用于大型变截面的传动部件的制造过程中，研制成功高质量焊接传动部件及其结构，使用于性能要求极为严格、服役环境极为苛刻的环境中，如核电站，拓展了焊接结构应用范围，极大地降低了生产制造成本，快速实现变截面高性能特种复杂传动部件的加工制造，满足其使用性能的要求，改变其传统加工制造方法，形成关键零部件/器件制造新原理与新工艺。由此可见，在特定使用条件和应用环境下，以先进高效焊接技术为重要制造手段，攻克关键基础零部件重大科学共性难题，保障我国大型工程建设，发展机械制造产业，培育资源节约与环境友好的装备业， 推进社会可持续发展，满足国家对高性能机电装备的重大需求，促进科技进步、经济增长与国家安全具有重大科学意义和工程实用价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种工艺简单、减少焊接缺陷， 降低成本，提高生产效率和焊接质量的不等截面双金属传动件制造方法及设备方法及设备。本专利技术的目的是这样实现的不等截面双金属传动件制造方法，在小直径截面的传动件基体上，采用外场复合带模强制温度控制顺序生长整体焊接快速成型技术，结合原位合金化梯度功能结构制备方法，按照传动件的设计尺寸和精度要求，高效、近净、低成本制造微观结构晶粒细化、焊缝无分层和偏析、内部高塑性与高韧性、表面耐磨的不等截面双金属传动件；所述焊接快速成型技术是电弧、熔滴、熔池和焊缝在外加复合能量场中，发生电磁控制电弧等离子旋转和熔滴过渡作用、电磁搅拌作用、电磁冶金作用、超声焊接作用， 系统有序综合控制和促成大体积焊接熔池液态金属顺序定向凝固过程，在大电流高速送丝系统、高效焊接电源系统、带模强制温度控制系统、气体保护系统、原位合金化梯度功能材5料的配合下，实现不等截面双金属传动件近净无分层顺序生长整体成型制造方法。不等截面双金属传动件制造方法，外加复合能量场由电磁能量场和超声能量场组成；电磁能量场包括电磁熔池搅拌能量场和电磁焊缝处理能量场；电磁能量场是恒定磁场，或者频率、强度、占空比以及方向变化的时变电磁场；电磁熔池搅拌能量场参数调节范围是时变磁场磁感应强度为0. 0Γ0. 3Τ，磁场频率为O 30Hz，占空比为20、0%，或者恒定磁场磁感应强度为0. 0Γ1. OT ；电磁焊缝处理能量场参数调节范围是磁感应强度为0. 2 10Τ，磁场频率为广300Hz，电磁场功率为1K 20KW ；超声能量场参数调节范围是超声频率为IOK ΙΟΟΚΗζ，超声功率为0. 1 1.2KW，占空比为40 60% ；所述焊接技术包括高效焊接技术，高效焊接工艺参数调节范围是焊接电流12(Γ1500Α，焊接送丝速度0.广50m/min， 焊丝直径0. 6^4m,采用单丝焊接方式，或者双丝焊接方式，或者三丝焊接方式，或者两个双焊丝方式。不等截面双金属传动件制造方法，带模强制温度控制顺序生长整体焊接成型是在可运动的、导热性高的、与传动件大截面部分形状相同的紫铜模具内部通以循环冷却介质， 强制冷却由紫铜模具和小直径截面的传动件基体所构成的大尺寸焊接熔池空间中熔融液态金属的凝固过程，当焊接熔池底部的液态金属凝固成型后，紫铜模具沿传动件的轴向或者径向方向顺序移动，从而使得焊接熔池中液态金属在已经凝固的底部基体上实现无焊缝的顺序凝固和方向性定向生长，紫铜模具的内表面与传动件大截面部分的外观形状和尺寸相同，其精度满足部件设计要求，连续焊接大尺寸焊接熔池金属顺序冷却凝固后形成具有与传动件大截面部分相同外观形状的零部件，无需大量的后续机械加工，实现不等截面传动件近净快速焊接成型制方法；在强制温度控制顺序生长整体成型方法、外加复合能量场、 高效焊接方法和焊丝成份合金化的共同作用下，传动件具有焊缝内部微观晶粒细化，表面组织耐磨，焊缝因连续顺序凝固没有明显的分层现象，焊缝无偏析现象发生，焊缝内部金属成份、表面金属成份与基体母材成份均勻过渡形成梯度材料结构，完成内部具有高韧塑性、 表面具有高耐磨性的不等截面双金属传动件的低成本、高性能焊接快速成型制造。不等截面双金属传动件制造方法，原位合金化梯度功能结构制备方法是采用多种成份的焊丝，根据传动件设计技术要求和使用寿命，在轴体母材基体上原位合金化形成中间过渡层和外部功能层的梯度功能结构，使得传动件内部具有足够的强度、韧塑性与抗冲击能力，同时表面具有高耐磨性，并保证梯度功能层与母材基体具有良好的结合能力，不容易造成脱落，解决层间剥离和偏析的问题，形成原位合金化牢固梯度功能结构的不等截面双金属传动件制造方法；所述超声是在焊接电弧上单独施加，或者在焊缝上单独施加，或者在电弧、熔池和焊缝上复合施加，产生超声焊接作用，促进焊接残余应力的重新分布以降低焊接残余应力水平，减少焊缝气孔缺陷，改善合金元素的流动性和强化相质点的活性，提高接头质量。不等截面双金属传动轴制造设备，包括控制系统、电源系统、执行系统、检测监控系统、气体保护系统和集成耦合平台系统，其特征在于所示控制系统是由多能场耦合控制系统和热沉控制系统构成；电源系统由电磁处理电源系统、电磁搅拌电源系统、高效焊接电源系统和超声电源系统组成；执行系统是由电磁处理执行系统、热沉控制执行系统、超声控制执行系统和带模移动执行系统构成；检测监控系统由计算机辅助参数检测系统、焊接残余应力检测系统和高速摄影系统构成，多能场耦合控制系统与电源系统和执行系统通过集成耦合平台系统联接在一起，对焊接快速成型过程进行系统控制，并与检测监控系统构成完整的不等截面双金属传动轴制造设备。不等截面双金属传动轴制造设备，紫铜模具由第一模块和第二模块构成，紫铜模具上带有由第一移动机构和第二移动机构构成的升降系统，带模移动执行系统控制带有升降系统的紫铜模具沿着传动件轴向或者径向运动；焊接熔池由紫铜模具的第一模块、第二模块和传动件基体共同构成；气体保护系统输送保护气体保护焊接电弧和焊接熔池周围区域，避免焊缝受到污染；紫铜模具的第一模块和第二模块内有循环冷却通道，在冷却通道内有冷却介质流动，热沉控制执行系统通过在紫铜模具内冷却通道中循环流动的冷却介质， 控制焊接熔池中液体金属凝固过程，与此同时热沉控制执行系统还控制传动件基体的温度，在紫铜模具内表面造型和带模移动执行系统的辅助下，控制焊接熔池周围的温度过冷度，促进焊接熔池中金属顺序凝固和形成焊缝方向性本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种不等截面双金属传动件制造方法，其特征在于：在小直径截面的传动件基体（１５）上，采用外场复合带模强制温度控制顺序生长整体焊接快速成型技术，结合原位合金化梯度功能结构制备方法，按照传动件的设计尺寸和精度要求，高效、近净、低成本制造微观结构晶粒细化、焊缝无分层和偏析、内部高塑性与高韧性、表面耐磨的不等截面双金属传动件；所述焊接快速成型技术是电弧、熔滴、熔池和焊缝在外加复合能量场中，发生电磁控制电弧等离子旋转和熔滴过渡作用、电磁搅拌作用、电磁冶金作用、超声焊接作用，系统有序综合控制和促成大体积焊接熔池液态金属顺序定向凝固过程，在大电流高速送丝系统、高效焊接电源系统、带模强制温度控制系统、气体保护系统、原位合金化梯度功能材料的配合下，实现不等截面双金属传动件近净无分层顺序生长整体成型制造方法。

【技术特征摘要】
1.一种不等截面双金属传动件制造方法，其特征在于在小直径截面的传动件基体 (15)上，采用外场复合带模强制温度控制顺序生长整体焊接快速成型技术，结合原位合金化梯度功能结构制备方法，按照传动件的设计尺寸和精度要求，高效、近净、低成本制造微观结构晶粒细化、焊缝无分层和偏析、内部高塑性与高韧性、表面耐磨的不等截面双金属传动件；所述焊接快速成型技术是电弧、熔滴、熔池和焊缝在外加复合能量场中，发生电磁控制电弧等离子旋转和熔滴过渡作用、电磁搅拌作用、电磁冶金作用、超声焊接作用，系统有序综合控制和促成大体积焊接熔池液态金属顺序定向凝固过程，在大电流高速送丝系统、 高效焊接电源系统、带模强制温度控制系统、气体保护系统、原位合金化梯度功能材料的配合下，实现不等截面双金属传动件近净无分层顺序生长整体成型制造方法。2.根据权利要求1所述的不等截面双金属传动件制造方法，其特征在于所述外加复合能量场由电磁能量场和超声能量场组成；电磁能量场包括电磁熔池搅拌能量场和电磁焊缝处理能量场；电磁能量场是恒定磁场，或者频率、强度、占空比以及方向变化的时变电磁场；电磁熔池搅拌能量场参数调节范围是时变磁场磁感应强度为0. 0Γ0. 3Τ，磁场频率为 (Γ30Ηζ，占空比为20、0%，或者恒定磁场磁感应强度为0. 0Γ1. OT ；电磁焊缝处理能量场参数调节范围是磁感应强度为0. 2 10Τ，磁场频率为广300Hz，电磁场功率为1K 20KW ； 超声能量场参数调节范围是超声频率为IOK ΙΟΟΚΗζ，超声功率为0. 1 1.2KW，占空比为4(Γ60%;所述焊接技术包括高效焊接技术，高效焊接工艺参数调节范围是焊接电流 12(Γ1500Α，焊接送丝速度0.广50m/min，焊丝直径0. 6、m，采用单丝焊接方式，或者双丝焊接方式，或者三丝焊接方式，或者两个双焊丝方式。3.根据权利要求1所述的不等截面双金属传动件制造方法，其特征在于所述带模强制温度控制顺序生长整体焊接成型是在可运动的、导热性高的、与传动件大截面部分形状相同的紫铜模具内部通以循环冷却介质，强制冷却由紫铜模具和小直径截面的传动件基体 (15)所构成的大尺寸焊接熔池空间中熔融液态金属的凝固过程，当焊接熔池底部的液态金属凝固成型后，紫铜模具沿传动件的轴向或者径向方向顺序移动，从而使得焊接熔池中液态金属在已经凝固的底部基体上实现无焊缝的顺序凝固和方向性定向生长，紫铜模具的内表面与传动件大截面部分的外观形状和尺寸相同，其精度满足部件设计要求，连续焊接大尺寸焊接熔池金属顺序冷却凝固后形成具有与传动件大截面部分相同外观形状的零部件， 无需大量的后续机械加工，实现不等截面传动件近净快速焊接成型制方法；在强制温度控制顺序生长整体成型方法、外加复合能量场、高效焊接方法和焊丝成份合金化的共同作用下，传动件具有焊缝内部微观晶粒细化，表面组织耐磨，焊缝因连续顺序凝固没有明显的分层现象，焊缝无偏析现象发生，焊缝内部金属成份、表面金属成份与基体母材成份均勻过渡形成梯度材料结构，完成内部具有高韧塑性、表面具有高耐磨性的不等截面双金属传动件的低成本、高性能焊接快速成型制造。4.根据权利要求1所述的不等截面双金属传动件制造方法，其特征在于所述原位合金化梯度功能结构制备方法是采用多种成份的焊丝，根据传动件设计技术要求和使用寿命，在轴体母材基体上原位合金化形成中间过渡层和外部功能层的梯度功能结构，使得传动件内部具有足够的强度、韧塑性与抗冲击能力，同时表面具有高耐磨性，并保证梯度功能层与母材基体具有良好的结合能力，不容易造成脱落，解决层间剥离和偏析的问题，形成原位合金化牢固梯度功能结构的不等截面双金属传动件制造方法；所述超声是在焊接电弧上单独施加，或者在焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，
申请(专利权)人：罗键，
类型：发明
国别省市：85