本發(fā)明屬于異質材料連接領域，具體涉及一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法。

背景技術：

1、鎳基高溫合金因其高強度、優(yōu)異的耐蝕性及抗疲勞性能，成為航空發(fā)動機轉子等熱端部件制造的關鍵性材料。然而，較高的生產(chǎn)成本是當前限制其應用的主要因素。因此，將鎳基高溫合金與性能相似且成本較低的合金鋼材料進行連接，可有效兼顧焊接質量與經(jīng)濟性。在海洋等復雜服役環(huán)境下，熱端部件承受高溫、高壓等機械載荷和高鹽霧、高濕度等腐蝕環(huán)境耦合作用，易誘發(fā)點蝕和晶間腐蝕，嚴重影響焊接結構的安全性和可靠性，對焊接接頭耐蝕性要求更加嚴苛。

2、現(xiàn)有技術主要通過調整化學成分或調控微觀結構兩種方法來提高材料的耐蝕性，文獻“effect?ofalloy?elements?on?corrosion?resistance?and?soft?magneticproperty?ofthe?designed?ferritic?stainless?steel,y.x.yao,y.y.wei,h.j.li,etal.,applied?physics?a,2023,129:612.”報道了增加cr、mn、cu及si元素的含量能有效改善不銹鋼的耐蝕性，其中添加cu元素對增強耐蝕性效果最為顯著。然而，添加額外的合金元素會產(chǎn)生較高的生產(chǎn)成本，從而限制其在工業(yè)領域中的廣泛應用。因此，通過調整微觀結構來提高材料耐蝕性更具實際應用價值。文獻“corrosion?mechanism?of?additivelymanufactured?316l?stainless?steel?in?3.5wt.％nacl?solution,j.j.nie,w.liang,y.jiang,et?al.,materials?today?communications,2021,26:101648.”通過激光增材制造技術制備316不銹鋼，發(fā)現(xiàn)其存在直徑約為5μm的精細亞晶結構，亞晶界處位錯豐富且mo元素富集，促進表面生成致密穩(wěn)定的鈍化膜，從而提高材料耐蝕性。上述研究采用附加工藝來達到細化晶粒、提高位錯密度的目的，進而增強材料的耐蝕性；生產(chǎn)流程較為復雜繁瑣，導致整體生產(chǎn)效率也顯著降低。因此，如何兼顧接頭性能和生產(chǎn)效率，成為當前研究領域亟待解決的關鍵問題。

3、由此可見，為了提高異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性，急需開發(fā)一種新型高效的工藝方法，通過慣性摩擦焊接技術實現(xiàn)異質材料的高質量連接，同時引入高位錯密度和晶界密度。此外，通過振動沖擊強化進一步細化晶粒，提升位錯密度，促進接頭表面生成致密穩(wěn)定的鈍化膜，增強接頭耐腐蝕性能。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述提出的現(xiàn)有技術中存在接頭耐蝕性差以及工藝繁瑣等共性問題，本發(fā)明提供了一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，通過慣性摩擦焊接技術與振動沖擊強化協(xié)同作用實現(xiàn)異質組配接頭的高質量連接，同時增強接頭耐腐蝕性能。

2、本發(fā)明采取以下技術方案：

3、一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：焊前對待焊工件進行切割并對待焊表面進行逐級打磨，將打磨好的工件浸入無水乙醇溶液中進行超聲波清洗后干燥備用；

5、步驟2：將待焊工件分別穩(wěn)固裝夾于機床移動端和旋轉端，并校正和調整待焊工件同心度；對待焊工件進行焊接；

6、步驟3：焊后去除慣性摩擦焊接頭內外側飛邊；

7、步驟4：待焊件冷卻至室溫后再次裝夾至機床旋轉端，并使振動棒位于焊縫中心正上方，且振動棒底部與焊縫表面保持初始距離；啟動機床后轉動焊件，待焊件轉動平穩(wěn)后，使振動棒對焊縫中心進行振動沖擊強化；焊縫中心強化后將振動棒恢復至初始位置，分別向焊縫兩側平移振動棒，對焊縫兩側分別進行振動沖擊強化，強化完成后關閉機床并取出焊件。

8、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟2中，慣性摩擦焊接工藝參數(shù)為：初始轉速為300～1000r/min，焊接壓力為20～500mpa，轉動慣量為30～500kg·m2。

9、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟4中，振動沖擊強化的工藝參數(shù)為：振動棒對焊縫區(qū)域的沖擊力為20～100mpa，振動沖擊頻率為20～80hz，振動沖擊時間為5～20s。

10、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟4中，焊件轉速為100～500r/min。

11、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟4中，振動棒底部與焊縫中心表面距離為0.5～5mm。

12、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟4中，振動棒向焊縫兩側平移的距離為0.2～2mm。

13、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟4中，振動棒末端為圓球形，圓球形直徑為1～5mm。

14、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述異質材料包括鎳基高溫合金與合金鋼。

15、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述鎳基高溫合金包括inconel690、inconel718、fgh98、fgh101、gh4065或gh4169等；所述合金鋼包括316ln不銹鋼、304不銹鋼或201不銹鋼等。

16、作為本發(fā)明技術方案的補充，所述步驟1中，切割后的待焊工件尺寸為：內徑10～100mm，外徑20～200mm，管長10～200mm。

17、較現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

18、1)通過慣性摩擦焊接技術實現(xiàn)異質材料的高質量連接，接頭界面為機械互鎖與冶金結合的復合連接機制，避免熔焊中常見的元素偏析、凝固及液化裂紋等缺陷問題；

19、2)通過慣性摩擦焊接技術有利于直接引入高位錯密度和晶界密度，降低電化學反應的能壘，促進元素的富集和選擇性溶解并提高元素擴散速率，有助于形成致密且穩(wěn)定的鈍化膜，增強接頭耐蝕性；

20、3)通過對焊縫中心區(qū)域進行振動沖擊強化，使得焊縫表面發(fā)生微塑性變形，引入殘余壓應力層；同時優(yōu)化微觀組織結構，進一步細化晶粒，提高位錯密度，增強接頭耐蝕性。

技術特征：

1.一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟2中，慣性摩擦焊接工藝參數(shù)為：初始轉速為300～1000r/min，焊接壓力為20～500mpa，轉動慣量為30～500kg·m2。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟4中，振動沖擊強化的工藝參數(shù)為：振動棒對焊縫區(qū)域的沖擊力為20～100mpa，振動沖擊頻率為20～80hz，振動沖擊時間為5～20s。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟4中，焊件轉速為100～500r/min。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟4中，振動棒底部與焊縫中心表面距離為0.5～5mm。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟4中，振動棒向焊縫兩側平移的距離為0.2～2mm。

7.根據(jù)權利要求6所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟4中，振動棒末端為圓球形，圓球形直徑為1～5mm。

8.根據(jù)權利要求7所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述異質材料包括鎳基高溫合金與合金鋼。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述鎳基高溫合金包括inconel690、inconel718、fgh98、fgh101、gh4065或gh4169；所述合金鋼包括316ln不銹鋼、304不銹鋼或201不銹鋼。

10.根據(jù)權利要求9所述的一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，其特征在于，所述步驟1中，切割后的待焊工件尺寸為：內徑10～100mm，外徑20～200mm，管長10～200mm。

技術總結
本發(fā)明提出了一種增強異質材料慣性摩擦焊接頭耐蝕性的方法，屬于異質材料連接領域。本發(fā)明所述采用慣性摩擦焊接方法實現(xiàn)異質材料的高質量連接，同時引入高位錯密度和晶界密度；此外，通過振動沖擊強化進一步細化晶粒，提升位錯密度，促進接頭表面生成致密穩(wěn)定的鈍化膜，增強接頭耐腐蝕性能。本發(fā)明提出的方法在不引入其它附加工藝基礎上，實現(xiàn)異質材料快速高質量冶金結合的同時引入高晶界密度與位錯密度，促進元素的富集和選擇性溶解，有助于提高表面鈍化膜的致密性及穩(wěn)定性，顯著提高接頭耐蝕性。

技術研發(fā)人員：李鵬,王彬,董紅剛,趙鵬,趙強,秦志偉
受保護的技術使用者：大連理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30