權(quán)利要求
1.大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：包括固定底座(1)、振動器(2)、振動底座(3)、預(yù)制復(fù)合坯料(4)、粉末布料器(5)、支撐梁(6)、直線升降機構(gòu)(7)、感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)，所述振動器(2)安裝在固定底座(1)上，所述振動底座(3)安裝在振動器(2)上，所述預(yù)制復(fù)合坯料(4)安裝在振動底座(3)上，所述粉末布料器(5)安裝在預(yù)制復(fù)合坯料(4)上，用于向預(yù)制復(fù)合坯料(4)內(nèi)部加入中間金屬粉末，所述支撐梁(6)安裝在固定底座(1)上，且位于振動底座(3)的一側(cè)，所述直線升降機構(gòu)(7)安裝在支撐梁(6)上，且其位于振動底座(3)的軸線方向上，所述感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)安裝在直線升降機構(gòu)(7)上，且可在直線升降機構(gòu)(7)的帶動下沿預(yù)制復(fù)合坯料(4)軸線方向進行升降，從而對預(yù)制復(fù)合坯料(4)進行加熱和冷卻; 所述預(yù)制復(fù)合坯料(4)包括外層筒節(jié)(401)、內(nèi)層筒節(jié)(402)和定位圓環(huán)(403)，所述定位圓環(huán)(403)安裝在振動底座(3)上，所述外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)安裝在定位圓環(huán)(403)上，所述外層筒節(jié)(401)、內(nèi)層筒節(jié)(402)和定位圓環(huán)(403)的軸線與振動底座(3)的軸線相重合，在所述外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)之間形成預(yù)留間隙(404)，所述預(yù)留間隙(404)與粉末布料器(5)的下料口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述振動器(2)至少有四個，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座(1)上，所述振動器(2)為電磁振動器或機械振動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述中間金屬粉末的熔點低于外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)，所述中間金屬粉末的熔點為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級或微米級的釬焊材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述直線升降機構(gòu)(7)為絲杠升降機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述外層筒節(jié)(401)和/或內(nèi)層筒節(jié)(402)的材質(zhì)為可通過電磁感應(yīng)加熱方式進行加熱的材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)之間的厚度差大于8倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)之間的間距為50-500mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，其特征在于：所述水霧冷卻器(9)由環(huán)形水管(901)、用于固定環(huán)形水管(901)的固定桿(902)和均勻分布在環(huán)形水管(901)上的噴頭(903)組成，所述固定桿(902)與直線升降機構(gòu)(7)連接。
9.一種基于權(quán)利要求1-8任一項所述大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備的復(fù)合方法，其特征在于：包括以下步驟： 1)根據(jù)目標(biāo)規(guī)格的預(yù)制復(fù)合坯料(4)，選擇合適的預(yù)留間隙(404)，連接固定底座(1)、振動器(2)、振動底座(3)、預(yù)制復(fù)合坯料(4)和粉末布料器(5)，并通過粉末布料器(5)向預(yù)制復(fù)合坯料(4)的預(yù)留間隙(404)填充中間金屬粉末，且所述粉末布料器(5)內(nèi)預(yù)留的中間金屬粉末不高于粉末布料器(5)的上端，安裝支撐梁(6)、直線升降機構(gòu)(7)、感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)，并調(diào)整感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)之間的距離H至合適間距; 2)開啟振動器(2)，帶動振動底座(3)、預(yù)制復(fù)合坯料(4)、粉末布料器(5)和中間金屬粉末以固定頻率f進行直線振動; 3)開啟感應(yīng)加熱器(8)對預(yù)制復(fù)合坯料(4)進行加熱，將預(yù)留間隙(404)內(nèi)的中間金屬粉末熔化，熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料(4)的外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)進行高溫固-液擴散; 4)開啟直線升降機構(gòu)(7)，帶動感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)以相同的速度v緩慢上升，使預(yù)留間隙(404)內(nèi)的中間金屬粉末從下往上逐漸熔化，熔化前固態(tài)的中間金屬粉末在振動器(2)作用下實現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動器(2)和水霧冷卻器(9)的共同作用下進行快速凝固，實現(xiàn)外層筒節(jié)(401)和內(nèi)層筒節(jié)(402)的柔性復(fù)合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合方法，其特征在于：通過對所述感應(yīng)加熱器(8)的電流頻率、電源功率、加熱時間進行控制，實現(xiàn)對中間金屬粉末熔化溫度的調(diào)整，通過對振動器(2)振動頻率f、振動幅值A(chǔ)以及水霧冷卻器(9)的冷卻水量、冷卻水溫、噴嘴結(jié)構(gòu)進行控制，實現(xiàn)熔化后的中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過對感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)的上升速度v以及二者之間的距離H進行控制，實現(xiàn)對熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料(4)之間固-液界面擴散時間的調(diào)整。
說明書
大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于大型筒節(jié)成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)
大型筒節(jié)是核電、火箭、石化等裝備中的關(guān)鍵組成部分，由于長期工作在高溫、高壓和腐蝕的環(huán)境中，所以對其綜合性能要求極高。目前，大型筒節(jié)主要為單質(zhì)金屬，由于體積龐大，整體加熱過程長達數(shù)十小時，并且大型筒節(jié)壁厚較大，成形過程中溫降顯著，需要進行多次補熱，大大增加了能源消耗和生產(chǎn)周期。
大型雙金屬筒節(jié)是一種兼具剛度、強度和耐蝕、耐磨等綜合性能的結(jié)構(gòu)和功能材料，基體和覆層之間通過特殊變形和連接技術(shù)形成緊密結(jié)合，極大發(fā)揮了各組元金屬的優(yōu)勢，克服了單一金屬的性能缺陷，可以顯著降低應(yīng)用成本，具有優(yōu)異的綜合性能和經(jīng)濟效益，在核電、石油化工、海洋工程、電力電子、機械制造、建筑裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
大型雙金屬筒節(jié)直徑可達10余米，外層筒節(jié)與內(nèi)層筒節(jié)分別承擔(dān)結(jié)構(gòu)作用和功能作用，并且厚比差異懸殊，如果界面實現(xiàn)冶金結(jié)合，則可廣泛用于我國核電、石化、風(fēng)力發(fā)電、航空航天等重要經(jīng)濟領(lǐng)域基礎(chǔ)裝備的關(guān)鍵零部件。近年來，輾環(huán)、鍛造等大型單金屬筒節(jié)制備技術(shù)日趨成熟，但是由于尺寸大、自重大、精度控制難，兩個大型筒節(jié)的機械套裝過程本身面臨極大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)單道次小變形成形工藝無法實現(xiàn)復(fù)合界面冶金結(jié)合。此外，爆炸復(fù)合、軋制復(fù)合、擠壓復(fù)合、鑄軋復(fù)合等雙金屬復(fù)合技術(shù)僅適用于小口徑雙金屬復(fù)合管或復(fù)合板帶生產(chǎn)，同樣無法滿足大型雙金屬筒節(jié)生產(chǎn)需求。
隨著我國核電能源、航空航天、冶金與石油化工等行業(yè)的高速發(fā)展，對大型雙金屬筒型的需求日益增大，且目標(biāo)規(guī)格需要個性化定制，對企業(yè)制造能力提出了更高的要求，亟待開發(fā)一種滿足用戶規(guī)格需求的高效、節(jié)能、降耗的柔性復(fù)合設(shè)備與方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題提供了一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備及其方法。
為達到上述目的本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，包括固定底座、振動器、振動底座、預(yù)制復(fù)合坯料、粉末布料器、支撐梁、直線升降機構(gòu)、感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器，所述振動器安裝在固定底座上，所述振動底座安裝在振動器上，所述預(yù)制復(fù)合坯料安裝在振動底座上，所述粉末布料器安裝在預(yù)制復(fù)合坯料上，用于向預(yù)制復(fù)合坯料內(nèi)部加入中間金屬粉末，所述支撐梁安裝在固定底座上，且位于振動底座的一側(cè)，所述直線升降機構(gòu)安裝在支撐梁上，且其位于振動底座的軸線方向上，所述感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器安裝在直線升降機構(gòu)上，且可在直線升降機構(gòu)的帶動下沿預(yù)制復(fù)合坯料軸線方向進行升降，從而對預(yù)制復(fù)合坯料進行加熱和冷卻;
所述預(yù)制復(fù)合坯料包括外層筒節(jié)、內(nèi)層筒節(jié)和定位圓環(huán)，所述定位圓環(huán)安裝在振動底座上，所述外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)安裝在定位圓環(huán)上，所述外層筒節(jié)、內(nèi)層筒節(jié)和定位圓環(huán)的軸線與振動底座的軸線相重合，在所述外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)之間形成預(yù)留間隙，所述預(yù)留間隙與粉末布料器的下料口相連通。
進一步，所述振動器至少有四個，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座上，所述振動器為電磁振動器或機械振動器。
再進一步，所述中間金屬粉末的熔點低于外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)，所述中間金屬粉末的熔點為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級或微米級的釬焊材料。
更進一步，所述直線升降機構(gòu)為絲杠升降機構(gòu)。
更進一步，所述外層筒節(jié)和/或內(nèi)層筒節(jié)的材質(zhì)為可通過電磁感應(yīng)加熱方式進行加熱的材質(zhì)。
更進一步，所述外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)之間的厚度差大于8倍。
更進一步，所述感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器之間的間距為50-500mm。
更進一步，所述水霧冷卻器由環(huán)形水管、用于固定環(huán)形水管的固定桿和均勻分布在環(huán)形水管上的噴頭組成，所述固定桿與直線升降機構(gòu)連接。
一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合方法，包括以下步驟：
1)根據(jù)目標(biāo)規(guī)格的預(yù)制復(fù)合坯料，選擇合適的預(yù)留間隙，連接固定底座、振動器、振動底座、預(yù)制復(fù)合坯料和粉末布料器，并通過粉末布料器向預(yù)制復(fù)合坯料的預(yù)留間隙填充中間金屬粉末，且所述粉末布料器內(nèi)預(yù)留的中間金屬粉末不高于粉末布料器的上端，安裝支撐梁、直線升降機構(gòu)、感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器，并調(diào)整感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器之間的距離H至合適間距;
2)開啟振動器，帶動振動底座、預(yù)制復(fù)合坯料、粉末布料器和中間金屬粉末以固定頻率f進行直線振動;
3)開啟感應(yīng)加熱器對預(yù)制復(fù)合坯料進行加熱，將預(yù)留間隙內(nèi)的中間金屬粉末熔化，熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料的外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)進行高溫固-液擴散;
4)開啟直線升降機構(gòu)，帶動感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器以相同的速度v緩慢上升，使預(yù)留間隙內(nèi)的中間金屬粉末從下往上逐漸熔化，熔化前固態(tài)的中間金屬粉末在振動器作用下實現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動器和水霧冷卻器的共同作用下進行快速凝固，實現(xiàn)外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)的柔性復(fù)合。
進一步，通過對所述感應(yīng)加熱器的電流頻率、電源功率、加熱時間進行控制，實現(xiàn)對中間金屬粉末熔化溫度的調(diào)整，通過對振動器振動頻率f、振動幅值A(chǔ)以及水霧冷卻器的冷卻水量、冷卻水溫、噴嘴結(jié)構(gòu)進行控制，實現(xiàn)熔化后的中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過對感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器的上升速度v以及二者之間的距離H進行控制，實現(xiàn)對熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料之間固-液界面擴散時間的調(diào)整。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
本發(fā)明針對大型筒節(jié)直徑尺寸大、自身重量大、精度控制難等問題，通過在外層筒節(jié)與內(nèi)層筒節(jié)之間填充中間金屬粉末，可以實現(xiàn)二者之間柔性套裝組坯，避免了傳統(tǒng)組坯過程中對同軸度、直線度、配合精度等要求高的問題;
本發(fā)明可以通過電磁感應(yīng)加熱熔化中間金屬粉末，使熔化后的中間金屬粉末與外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)之間形成固-液界面，通過調(diào)控擴散溫度和擴散時間，配合控制冷卻速度，最終實現(xiàn)復(fù)合界面柔性連接與冶金結(jié)合;
本發(fā)明通過振動能場能夠?qū)崿F(xiàn)中間金屬粉末的連續(xù)填充，避免了以空洞為代表的填充不充分問題，并且配合快速冷卻可以實現(xiàn)中間層金屬凝固組織與綜合性能調(diào)控，實現(xiàn)晶粒細化，顯著提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品性能和縮短工藝流程，可以滿足用戶規(guī)格個性化定制需求;
本發(fā)明針對大型雙金屬筒節(jié)復(fù)合過程中整體加熱設(shè)備大、耗時長等突出問題，通過局部電磁感應(yīng)加熱和冷卻控制，實現(xiàn)中間金屬粉末的熔化與凝固，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗和近凈成形。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明預(yù)制復(fù)合坯料的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明水霧冷卻器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖中，固定底座—1、振動器—2、振動底座—3、預(yù)制復(fù)合坯料—4、粉末布料器—5、支撐梁—6、直線升降機構(gòu)—7、感應(yīng)加熱器—8、水霧冷卻器—9、外層筒節(jié)—401、內(nèi)層筒節(jié)—402、定位圓環(huán)—403、預(yù)留間隙—404、環(huán)形水管—901、固定桿—902、噴頭—903。
具體實施方式
為了進一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
實施例1
如圖1至圖3所示，一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備，包括固定底座1、振動器2、振動底座3、預(yù)制復(fù)合坯料4、粉末布料器5、支撐梁6、直線升降機構(gòu)7、感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9，所述振動器2至少有四個，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座1上，所述振動器2為電磁振動器或機械振動器，所述振動底座3安裝在振動器2上，所述預(yù)制復(fù)合坯料4安裝在振動底座3上，所述粉末布料器5安裝在預(yù)制復(fù)合坯料4上，用于向預(yù)制復(fù)合坯料4內(nèi)部加入中間金屬粉末，所述支撐梁6安裝在固定底座1上，且位于振動底座3的一側(cè)，所述直線升降機構(gòu)7為絲杠升降機構(gòu)，所述直線升降機構(gòu)7安裝在支撐梁6上，且其位于振動底座3的軸線方向上，所述感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9安裝在直線升降機構(gòu)7上，且可在直線升降機構(gòu)7的帶動下沿預(yù)制復(fù)合坯料4軸線方向進行升降，從而對預(yù)制復(fù)合坯料4進行加熱和冷卻，所述感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9之間的間距為50-500mm;
所述預(yù)制復(fù)合坯料4包括外層筒節(jié)401、內(nèi)層筒節(jié)402和定位圓環(huán)403，所述定位圓環(huán)403安裝在振動底座3上，所述外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402安裝在定位圓環(huán)403上，所述外層筒節(jié)401和/或內(nèi)層筒節(jié)402的材質(zhì)為可通過電磁感應(yīng)加熱方式進行加熱的材質(zhì)，所述外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間的厚度差大于8倍，所述外層筒節(jié)401、內(nèi)層筒節(jié)402和定位圓環(huán)403的軸線與振動底座3的軸線相重合，在所述外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間形成預(yù)留間隙404，所述預(yù)留間隙404與粉末布料器5的下料口相連通，所述中間金屬粉末的熔點低于外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402，所述中間金屬粉末的熔點為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級或微米級的釬焊材料;
所述水霧冷卻器9由環(huán)形水管901、用于固定環(huán)形水管901的固定桿902和均勻分布在環(huán)形水管901上的噴頭903組成，所述固定桿902與直線升降機構(gòu)7連接。
一種大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合方法，包括以下步驟：
1)根據(jù)目標(biāo)規(guī)格的預(yù)制復(fù)合坯料4，選擇合適的預(yù)留間隙404，連接固定底座1、振動器2、振動底座3、預(yù)制復(fù)合坯料4和粉末布料器5，并通過粉末布料器5向預(yù)制復(fù)合坯料4的預(yù)留間隙404填充中間金屬粉末，且所述粉末布料器5內(nèi)預(yù)留的中間金屬粉末不高于粉末布料器5的上端，安裝支撐梁6、直線升降機構(gòu)7、感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9，并調(diào)整感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9之間的距離H至合適間距;
2)開啟振動器2，帶動振動底座3、預(yù)制復(fù)合坯料4、粉末布料器5和中間金屬粉末以固定頻率f進行直線振動;
3)開啟感應(yīng)加熱器8對預(yù)制復(fù)合坯料4進行加熱，通過對所述感應(yīng)加熱器8的電流頻率、電源功率、加熱時間進行控制，實現(xiàn)對中間金屬粉末熔化溫度的調(diào)整，將預(yù)留間隙404內(nèi)的中間金屬粉末熔化，熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料4的外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402進行高溫固-液擴散;
4)開啟直線升降機構(gòu)7，帶動感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9以相同的速度v緩慢上升，使預(yù)留間隙404內(nèi)的中間金屬粉末從下往上逐漸熔化，熔化前固態(tài)的中間金屬粉末在振動器2作用下實現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動器2和水霧冷卻器9的共同作用下進行快速凝固，實現(xiàn)外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402的柔性復(fù)合，其中，通過對振動器2振動頻率f、振動幅值A(chǔ)以及水霧冷卻器9的冷卻水量、冷卻水溫、噴嘴結(jié)構(gòu)進行控制，實現(xiàn)熔化后中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過對感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9的上升速度v以及二者之間的距離H進行控制，實現(xiàn)對熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制復(fù)合坯料4之間固-液界面擴散時間的調(diào)整。
實施例2
制備Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼/SA508-Ⅲ超低碳不銹鋼雙金屬筒節(jié);
1)所述外層筒節(jié)401為Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，外徑5000mm、壁厚300mm、高度2000mm，內(nèi)層筒節(jié)402為SA508-Ⅲ超低碳不銹鋼，外徑4350mm、壁厚50mm、高度2000mm，外層筒節(jié)401與內(nèi)層筒節(jié)402之間的預(yù)留間隙404為25mm，中間金屬粉末為微米級高純銅粉，熔點1083℃，感應(yīng)加熱器8為不銹鋼專用數(shù)字型電磁加熱器，帶有自我保護功能，最大加熱溫度可達1600℃，連接固定底座1、振動器2、振動底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5，并通過粉末布料器5向預(yù)制復(fù)合坯料4的預(yù)留間隙404填充中間金屬粉末，且所述粉末布料器5內(nèi)預(yù)留的中間金屬粉末不高于粉末布料器5的上端，連接固定底座1、支撐梁6、直線升降機構(gòu)7、感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9，設(shè)定感應(yīng)加熱器8與水霧冷卻器9之間的距離H=100mm;
2)開啟振動器2，帶動振動底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5和中間金屬粉末以固定頻率f=50Hz進行振幅為A=1mm的往復(fù)直線振動;
3)開啟感應(yīng)加熱器8對預(yù)制套裝坯料4進行電磁感應(yīng)加熱，內(nèi)層筒節(jié)402溫度達到1120℃，將預(yù)留間隙404內(nèi)的低熔點中間金屬粉末熔化，熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制套裝坯料4的外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402進行高溫固-液擴散;
4)開啟直線升降機構(gòu)7，使感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9以相同速度v=10mm/s緩慢上升，感應(yīng)加熱器8上方未熔化的固態(tài)中間金屬粉末在振動器2的振動作用下實現(xiàn)連續(xù)填充，感應(yīng)加熱器8下方熔化后的中間金屬粉末在振動器2和水霧冷卻器9共同作用下進行快速振動凝固，實現(xiàn)外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402的柔性復(fù)合;
熔化后的中間金屬粉末與外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間高溫固-液擴散溫度為1120℃，根據(jù)感應(yīng)加熱器9與水霧冷卻器10之間的距離H=100mm和相同緩慢上升速度v=10mm/s可知固-液界面擴散時間為10s，在固定頻率f=50Hz和振幅為A=1mm的振動能場輔助作用下，化為液態(tài)的中間金屬粉末凝固后組織致密且性能優(yōu)良，熔化、凝固后的中間金屬粉末與外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間的界面剪切強度達到凝固后純銅基體強度，實現(xiàn)Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼/SA508-Ⅲ超低碳不銹鋼雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合與近凈成形。
實施例3
制備Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼/TC4鈦合金雙金屬筒節(jié);
1)所述外層筒節(jié)401為Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，外徑8000mm、壁厚300mm、高度1500mm，內(nèi)層筒節(jié)402為TC4鈦合金，外徑7300mm、壁厚80mm、高度1500mm，外層筒節(jié)401與內(nèi)層筒節(jié)402之間的預(yù)留間隙404為50mm，中間金屬粉末為微米級鋁基釬焊材料Al-7.5Si，釬焊溫度560~600℃，感應(yīng)加熱器8為鈦合金專用數(shù)字型電磁加熱器，帶有自我保護功能，最大加熱溫度可達1200℃，連接固定底座1、振動器2、振動底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5，并通過粉末布料器5向預(yù)制復(fù)合坯料4的預(yù)留間隙404填充中間金屬粉末，且所述粉末布料器5內(nèi)預(yù)留的中間金屬粉末不高于粉末布料器5的上端，連接固定底座1、支撐梁6、直線升降機構(gòu)7、感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9，設(shè)定感應(yīng)加熱器8與水霧冷卻器9之間的距離H=150mm;
2)開啟振動器2，帶動振動底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5和中間金屬粉末以固定頻率f=25Hz進行振幅為A=0.5mm的往復(fù)直線振動;
3)開啟感應(yīng)加熱器8對預(yù)制套裝坯料4進行電磁感應(yīng)加熱，內(nèi)層筒節(jié)402溫度達到600℃，將預(yù)留間隙404內(nèi)的低熔點中間金屬粉末熔化，熔化后的中間金屬粉末與預(yù)制套裝坯料4的外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402進行高溫固-液擴散;
4)開啟直線升降機構(gòu)7，使感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9以相同速度v=5mm/s緩慢上升，感應(yīng)加熱器8上方未熔化的固態(tài)中間金屬粉末在振動器2的振動作用下實現(xiàn)連續(xù)填充，感應(yīng)加熱器8下方熔化后的中間金屬粉末在振動器2和水霧冷卻器9共同作用下進行快速振動凝固，實現(xiàn)外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402的柔性復(fù)合;
熔化后的中間金屬粉末與外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間高溫固-液擴散溫度為600℃，根據(jù)感應(yīng)加熱器9與水霧冷卻器10之間的距離H=150mm和相同緩慢上升速度v=5mm/s可知固-液界面擴散時間為30s，在固定頻率f=25Hz和振幅為A=0.5mm的振動能場輔助作用下，化為液態(tài)的中間金屬粉末凝固后組織致密且性能優(yōu)良，熔化、凝固后的中間金屬粉末與外層筒節(jié)401和內(nèi)層筒節(jié)402之間的界面剪切強度達到凝固后鋁基釬焊材料Al-7.5Si基體強度，實現(xiàn)Q420低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼/TC4鈦合金雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合與近凈成形。
以上顯示和描述了本發(fā)明的主要特征和優(yōu)點,對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
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大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備及其方法.pdf
聲明：
“大型雙金屬筒節(jié)柔性復(fù)合設(shè)備及其方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：太原理工大學(xué)
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2024年12月27日 ~ 29日 
