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(dòng)器(2)、振動(dòng)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(jī)構(gòu)(7)、感應(yīng)加熱器(8)和水霧冷卻器(9)，所述振動(dòng)器(2)安裝在固定底座(1)上，所述振動(dòng)底座(3)安裝在振動(dòng)器(2)上，所述預(yù)制復(fù)合坯料(4)安裝在振動(dòng)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(dòng)底座(3)的一側(cè)，所述直線升降機(jī)構(gòu)(7)安裝在支撐梁(6)上，且其位于振動(dòng)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(jī)構(gòu)(7)上，且可在直線升降機(jī)構(gòu)(7)的帶動(dòng)下沿預(yù)制復(fù)合坯料(4)軸線方向進(jìn)行升降，從而對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料(4)進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)器(2)至少有四個(gè)，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座(1)上，所述振動(dòng)器(2)為電磁振動(dòng)器或機(jī)械振動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級(jí)或微米級(jí)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(jī)構(gòu)(7)為絲杠升降機(jī)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(guò)電磁感應(yīng)加熱方式進(jìn)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(jī)構(gòu)(7)連接。
9.一種基于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)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(dòng)器(2)、振動(dòng)底座(3)、預(yù)制復(fù)合坯料(4)和粉末布料器(5)，并通過(guò)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(jī)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(kāi)啟振動(dòng)器(2)，帶動(dòng)振動(dòng)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(jìn)行直線振動(dòng); 3)開(kāi)啟感應(yīng)加熱器(8)對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料(4)進(jìn)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(jìn)行高溫固-液擴(kuò)散; 4)開(kāi)啟直線升降機(jī)構(gòu)(7)，帶動(dòng)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(dòng)器(2)作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動(dòng)器(2)和水霧冷卻器(9)的共同作用下進(jìn)行快速凝固，實(shí)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(guò)對(duì)所述感應(yīng)加熱器(8)的電流頻率、電源功率、加熱時(shí)間進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)中間金屬粉末熔化溫度的調(diào)整，通過(guò)對(duì)振動(dòng)器(2)振動(dòng)頻率f、振動(dòng)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)熔化后的中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過(guò)對(duì)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kuò)散時(shí)間的調(diào)整。
說(shuō)明書(shū)
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(zhǎng)期工作在高溫、高壓和腐蝕的環(huán)境中，所以對(duì)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(guò)程長(zhǎng)達(dá)數(shù)十小時(shí)，并且大型筒節(jié)壁厚較大，成形過(guò)程中溫降顯著，需要進(jìn)行多次補(bǔ)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(qiáng)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(guò)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(shì)，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(jì)效益，在核電、石油化工、海洋工程、電力電子、機(jī)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(dá)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(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，則可廣泛用于我國(guó)核電、石化、風(fēng)力發(fā)電、航空航天等重要經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域基礎(chǔ)裝備的關(guān)鍵零部件。近年來(lái)，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(gè)大型筒節(jié)的機(jī)械套裝過(guò)程本身面臨極大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)單道次小變形成形工藝無(wú)法實(shí)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?gòu)?fù)合技術(shù)僅適用于小口徑雙金屬?gòu)?fù)合管或復(fù)合板帶生產(chǎn)，同樣無(wú)法滿足大型雙金屬筒節(jié)生產(chǎn)需求。
隨著我國(guó)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(duì)大型雙金屬筒型的需求日益增大，且目標(biāo)規(guī)格需要個(gè)性化定制，對(duì)企業(yè)制造能力提出了更高的要求，亟待開(kāi)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(duì)上述問(wèn)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(dá)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(dòng)器、振動(dòng)底座、預(yù)制復(fù)合坯料、粉末布料器、支撐梁、直線升降機(jī)構(gòu)、感應(yīng)加熱器和水霧冷卻器，所述振動(dòng)器安裝在固定底座上，所述振動(dòng)底座安裝在振動(dòng)器上，所述預(yù)制復(fù)合坯料安裝在振動(dòng)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(dòng)底座的一側(cè)，所述直線升降機(jī)構(gòu)安裝在支撐梁上，且其位于振動(dòng)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(jī)構(gòu)上，且可在直線升降機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下沿預(yù)制復(fù)合坯料軸線方向進(jìn)行升降，從而對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(jìn)一步，所述振動(dòng)器至少有四個(gè)，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座上，所述振動(dòng)器為電磁振動(dòng)器或機(jī)械振動(dòng)器。
再進(jìn)一步，所述中間金屬粉末的熔點(diǎn)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(diǎn)為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級(jí)或微米級(jí)的釬焊材料。
更進(jìn)一步，所述直線升降機(jī)構(gòu)為絲杠升降機(jī)構(gòu)。
更進(jìn)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(guò)電磁感應(yīng)加熱方式進(jìn)行加熱的材質(zhì)。
更進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(dòng)器、振動(dòng)底座、預(yù)制復(fù)合坯料和粉末布料器，并通過(guò)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(jī)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(kāi)啟振動(dòng)器，帶動(dòng)振動(dòng)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(jìn)行直線振動(dòng);
3)開(kāi)啟感應(yīng)加熱器對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料進(jìn)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(jìn)行高溫固-液擴(kuò)散;
4)開(kāi)啟直線升降機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)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(dòng)器作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動(dòng)器和水霧冷卻器的共同作用下進(jìn)行快速凝固，實(shí)現(xiàn)外層筒節(jié)和內(nèi)層筒節(jié)的柔性復(fù)合。
進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)所述感應(yīng)加熱器的電流頻率、電源功率、加熱時(shí)間進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)中間金屬粉末熔化溫度的調(diào)整，通過(guò)對(duì)振動(dòng)器振動(dòng)頻率f、振動(dòng)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)熔化后的中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過(guò)對(duì)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kuò)散時(shí)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(diǎn)：
本發(fā)明針對(duì)大型筒節(jié)直徑尺寸大、自身重量大、精度控制難等問(wèn)題，通過(guò)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(shí)現(xiàn)二者之間柔性套裝組坯，避免了傳統(tǒng)組坯過(guò)程中對(duì)同軸度、直線度、配合精度等要求高的問(wèn)題;
本發(fā)明可以通過(guò)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(guò)調(diào)控?cái)U(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間，配合控制冷卻速度，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)合界面柔性連接與冶金結(jié)合;
本發(fā)明通過(guò)振動(dòng)能場(chǎng)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(wèn)題，并且配合快速冷卻可以實(shí)現(xiàn)中間層金屬凝固組織與綜合性能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)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(gè)性化定制需求;
本發(fā)明針對(duì)大型雙金屬筒節(jié)復(fù)合過(guò)程中整體加熱設(shè)備大、耗時(shí)長(zhǎng)等突出問(wèn)題，通過(guò)局部電磁感應(yīng)加熱和冷卻控制，實(shí)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(shuō)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(dòng)器—2、振動(dòng)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(jī)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(shí)施方式
為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)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(dòng)器2、振動(dòng)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(jī)構(gòu)7、感應(yīng)加熱器8和水霧冷卻器9，所述振動(dòng)器2至少有四個(gè)，且呈圓周均勻排列設(shè)置在固定底座1上，所述振動(dòng)器2為電磁振動(dòng)器或機(jī)械振動(dòng)器，所述振動(dòng)底座3安裝在振動(dòng)器2上，所述預(yù)制復(fù)合坯料4安裝在振動(dòng)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(dòng)底座3的一側(cè)，所述直線升降機(jī)構(gòu)7為絲杠升降機(jī)構(gòu)，所述直線升降機(jī)構(gòu)7安裝在支撐梁6上，且其位于振動(dòng)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(jī)構(gòu)7上，且可在直線升降機(jī)構(gòu)7的帶動(dòng)下沿預(yù)制復(fù)合坯料4軸線方向進(jìn)行升降，從而對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料4進(jìn)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(dòng)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(guò)電磁感應(yīng)加熱方式進(jìn)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(dòng)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(diǎn)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(diǎn)為500~1200℃，所述中間金屬粉末為納米級(jí)或微米級(jí)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(jī)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(dòng)器2、振動(dòng)底座3、預(yù)制復(fù)合坯料4和粉末布料器5，并通過(guò)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(jī)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(kāi)啟振動(dòng)器2，帶動(dòng)振動(dòng)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(jìn)行直線振動(dòng);
3)開(kāi)啟感應(yīng)加熱器8對(duì)預(yù)制復(fù)合坯料4進(jìn)行加熱，通過(guò)對(duì)所述感應(yīng)加熱器8的電流頻率、電源功率、加熱時(shí)間進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)行高溫固-液擴(kuò)散;
4)開(kāi)啟直線升降機(jī)構(gòu)7，帶動(dòng)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(dòng)器2作用下實(shí)現(xiàn)連續(xù)填充，熔化后的中間金屬粉末在振動(dòng)器2和水霧冷卻器9的共同作用下進(jìn)行快速凝固，實(shí)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(guò)對(duì)振動(dòng)器2振動(dòng)頻率f、振動(dòng)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)熔化后中間金屬粉末凝固組織性能調(diào)控;通過(guò)對(duì)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(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kuò)散時(shí)間的調(diào)整。
實(shí)施例2
制備Q420低合金高強(qiáng)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(qiáng)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(jí)高純銅粉，熔點(diǎn)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(hù)功能，最大加熱溫度可達(dá)1600℃，連接固定底座1、振動(dòng)器2、振動(dòng)底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5，并通過(guò)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(jī)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(kāi)啟振動(dòng)器2，帶動(dòng)振動(dòng)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(jìn)行振幅為A=1mm的往復(fù)直線振動(dòng);
3)開(kāi)啟感應(yīng)加熱器8對(duì)預(yù)制套裝坯料4進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱，內(nèi)層筒節(jié)402溫度達(dá)到1120℃，將預(yù)留間隙404內(nèi)的低熔點(diǎn)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(jìn)行高溫固-液擴(kuò)散;
4)開(kāi)啟直線升降機(jī)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(dòng)器2的振動(dòng)作用下實(shí)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(dòng)器2和水霧冷卻器9共同作用下進(jìn)行快速振動(dòng)凝固，實(shí)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(kuò)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(kuò)散時(shí)間為10s，在固定頻率f=50Hz和振幅為A=1mm的振動(dòng)能場(chǎng)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(qiáng)度達(dá)到凝固后純銅基體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)Q420低合金高強(qiáng)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(shí)施例3
制備Q420低合金高強(qiáng)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，外徑8000mm、壁厚300mm、高度1500mm，內(nèi)層筒節(jié)402為T(mén)C4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(jí)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(hù)功能，最大加熱溫度可達(dá)1200℃，連接固定底座1、振動(dòng)器2、振動(dòng)底座3、預(yù)制套裝坯料4、粉末布料器5，并通過(guò)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(jī)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(kāi)啟振動(dòng)器2，帶動(dòng)振動(dòng)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(jìn)行振幅為A=0.5mm的往復(fù)直線振動(dòng);
3)開(kāi)啟感應(yīng)加熱器8對(duì)預(yù)制套裝坯料4進(jìn)行電磁感應(yīng)加熱，內(nèi)層筒節(jié)402溫度達(dá)到600℃，將預(yù)留間隙404內(nèi)的低熔點(diǎn)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(jìn)行高溫固-液擴(kuò)散;
4)開(kāi)啟直線升降機(jī)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(dòng)器2的振動(dòng)作用下實(shí)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(dòng)器2和水霧冷卻器9共同作用下進(jìn)行快速振動(dòng)凝固，實(shí)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(kuò)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(kuò)散時(shí)間為30s，在固定頻率f=25Hz和振幅為A=0.5mm的振動(dòng)能場(chǎng)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(qiáng)度達(dá)到凝固后鋁基釬焊材料Al-7.5Si基體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)Q420低合金高強(qiáng)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(diǎn),對(duì)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(shí)施例的細(xì)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)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(shuō)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(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)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(shí)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(qǐng)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(lái)源：太原理工大學(xué)
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