一种开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形控制方法

摘要

本发明公开了一种开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形控制方法，包括如下步骤：第一步：在构件的两个端部分别安装保护撑盘，通过立柱拉杆连接与支撑；第二步：根据构件的结构特点规定构件入炉放置方式，选择闭合筒体长度较长的一端朝下垂直放置；第三步：构件选择室温入炉，预抽真空，升温达到预定温度后保温，然后随炉冷却；第四步：当撑盘冷却后并与构件筒体有一定间隙时，再将撑盘垂直拆卸。其优点是：采用两端撑盘，中间拉杆连接维型的方法，相对于专用模具的控制变形，结构简单，易于操作，可以控制构件发生椭圆和挠曲变形，避免了反复加热校形。

说明书

技术领域

本发明属于一种钛合金真空热处理方法，具体涉及一种开大窗口的钛合 金焊接构件真空热处理变形控制方法，它适用于开大窗口的薄壁钛合金类零 件。

背景技术

航天产品上应用日益广泛的钛合金构件，一方面是为了便于在内部安装 大量设备必须开设大窗口；另一方面，受圈圆设备以及钛合金板材幅面尺寸 的限制，构件由多个圈圆成型的筒体组合焊接而成，构件包含多道纵、环焊 缝且焊接残余应力大，需要通过去应力退火达到防止变形及开裂的目的。这 类构件在热处理时易发生复杂变形，目前生产实际中，仅靠传统的热处理工 艺参数优化，不能有效控制构件不同部位的变形，因此不能满足后续机加工 的要求。由于开大窗口的钛合金焊接构件本身结构和形状的限制，使用整体 式模具的热校形操作周期长而不方便，且成本昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形控 制方法，它可以有效控制薄壁、开大窗口的钛合金焊接构件的热处理变形， 使构件满足后续机加工的要求，且操作简便。

本发明是这样实现的，一种开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形 控制方法，它包括如下步骤，

第一步：构件两端安装保护撑盘，撑盘采用立柱连接与支撑，立柱上安 装凸台，以减少撑盘对构件的压力，撑盘外径尺寸与构件内径尺寸留有间隙， 以保证在加热保温状态下尺寸配合良好；

第二步：将构件入炉，选择闭合筒体长度较长的一端朝下垂直放置，以 减少构件自重导致的变形；

第三步：构件选择室温入炉，预抽真空，可以防止工件在加热过程中发 生氧化，升温达到预定温度后保温，然后随炉冷却；

第四步：当撑盘冷却后并与构件筒体有间隙时，再将撑盘拆卸，撑盘应 垂直取出，避免对构件筒体的碰撞。

所述的第一步构件两端保护撑盘与构件固定的方式为采用立柱拉杆连 接，通过上撑盘处的拉杆螺母固定，保护撑盘为环形结构并留有减轻孔，可 以减少撑盘重量，保护撑盘的刃口部分具有斜度，便于撑盘安装，立柱拉杆 上有安装凸台，可对撑盘进行支撑，减少撑盘对构件的压力，撑盘可以精确 控制构件筒体的圆度，通过与立柱的连接，可以防止开大窗口的构件筒体挠 曲变形的发生。

所述第三步真空热处理时，预抽真空度达到1～5×10^-2Pa，防止构件在 加热过程中发生氧化；以2～3℃/min的速度升至700℃，保持真空度为1～5 ×10^-2Pa；构件在700℃保温1.5h，然后随炉冷却至小于200℃关闭扩散泵， 构件在低于80℃时出炉。

本发明的优点是，1)采用撑盘加立柱的方法，相对于专用模具控制变形， 结构简单，易于操作，可达到控制开大窗口构件挠曲变形的目的；2)采用低 温入炉，缓慢加热的升温工艺，减小了开大窗口构件升温产生的热应力，减 小了变形的产生；3)通过规定真空度、升温速度、保温温度与时间，有利于 实现构件的较高力学性能和较小变形的最佳结合；4)基于掌握的撑盘与构件 热膨胀的规律，采用通过撑盘控制对构件筒体圆度的目的；5)通过带工装的 真空热处理，构件达到了退火与校形的双重目的，解决了开大窗口的焊接构 件产生裂纹和挠曲变形的难题。

附图说明

图1为本发明实施例中的开大窗口的钛合金焊接构件的结构示意图；

图2为本发明实施例中的开大窗口的钛合金焊接构件所使用的保护撑盘 示意图；

图3为本发明实施例中的开大窗口的钛合金焊接构件所使用的立柱与撑 盘连接的工装示意图。

图4为本发明实施例中的开大窗口的钛合金焊接构件的入炉摆放位置 图。

图中，1上撑盘，2凸台，3拉杆，4下撑盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：

一种开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形控制方法，包括如下步 骤：

第一步：构件两端安装保护撑盘，撑盘采用立柱连接与支撑，立柱上安 装凸台，以减少撑盘对构件的压力，撑盘外径尺寸与构件内径尺寸留有一定 间隙，以保证在加热保温状态下尺寸配合良好；

第二步：根据构件的结构特点规定构件入炉放置方式，选择闭合筒体长 度较长的一端朝下垂直放置，以减少构件自重导致的变形；

第三步：构件选择室温入炉，预抽真空，可以防止工件在加热过程中发 生氧化，升温达到预定温度后保温，然后随炉冷却；

第四步：当撑盘冷却后并与构件筒体有一定间隙时，再将撑盘拆卸。撑 盘应垂直取出，避免对构件筒体的碰撞。

所述第三步真空热处理时，预抽真空度达到(1～5)×10^-2Pa，防止构件在 加热过程中发生氧化；以2～3℃/min的速度升至700℃，保持真空度为(1～ 5)×10^-2Pa；构件在700℃保温1.5h，然后随炉冷却至小于200℃关闭扩散泵， 构件在低于80℃时出炉。

构件两端保护撑盘与构件固定的方式为采用立柱拉杆连接，通过上撑盘 处的拉杆螺母固定。

保护撑盘为环形结构并留有减轻孔，可以减少撑盘重量。

撑盘的刃口部分具有斜度，便于撑盘安装。

立柱拉杆上有安装凸台，可对撑盘进行支撑，减少撑盘对构件的压力。

撑盘可以精确控制构件筒体的圆度，通过与立柱的连接，可以防止开大 窗口的构件筒体挠曲变形的发生。

以图1的开大窗口的钛合金焊接构件真空热处理变形控制为例，其形状 尺寸见附图1，通过BT20钛合金板材圈圆焊接成形，构件总长为1200mm， 截面最大直径为360mm，存在多条纵、环焊缝。真空热处理前后要求圆度变 形小于1mm，构件直线度小于1.5mm。随炉材料试片满足性能σb≥930MPa, δ5≥10％的要求，外观无氧化与污染。

具体实施方式按如下工艺步骤进行：第一步四点和直线度测量记录：测 量构件筒体水平与垂直方向外径尺寸(φ360尺寸部位)，(即通过四点划线 确定的水平方向和与之成90°的垂直方向的外径尺寸)，测量构件筒体的整 体直线度。第二步：构件两端安装保护撑盘，撑盘结构形式如图2。撑盘采 用立柱连接与支撑，立柱上安装凸台，可以对撑盘进行支撑，减少撑盘对构 件的压力，如图3。撑盘外径尺寸与构件内径尺寸留有一定间隙(径向预留 1.5mm)，以保证在加热保温状态下尺寸配合良好。第三步：根据构件的结构 特点规定构件入炉放置方式，选择闭合筒体长度较长的一端朝下垂直放置， 以减少构件自重导致的变形，如图4。第四步构件真空热处理：预抽真空度 达到(1～5)×10^-2Pa，防止构件在加热过程中发生氧化；以2～3℃/min的速 度升至700℃，保持真空度为(1～5)×10^-2Pa；构件在700℃保温1～2h，然后 随炉冷却至小于200℃关闭扩散泵，构件在低于80℃时出炉。优选的处理方 式如下：预抽真空度达到3×10^-2Pa，防止构件在加热过程中发生氧化；以2 ℃/min的速度升至700℃，保持真空度为3×10^-2Pa；构件在700℃保温1.5h， 然后随炉冷却至小于200℃关闭扩散泵，构件在低于80℃时出炉。第五步： 当撑盘冷却后并与构件筒体有一定间隙时，再将撑盘拆卸。撑盘应垂直取出， 避免对构件筒体的碰撞。第六步构件的质量检测：测量构件真空热处理后的 外径与直线度尺寸以及随炉试片的性能，查看外观颜色，获得满足工序间尺 寸要求和性能要求的构件。

如图2所示，上、下端保护撑盘的刃口部分具有斜度，由构件筒体端面 内止口向外倾斜，便于安装与拆卸。

如图3所示，上、下端保护撑盘的突出构件部分便于撑盘的拆装，立柱 的突出部分便于通过螺母进行固定。