技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
摩擦焊接的方法，尤其是，涉及一种线性摩擦焊接的方法、旋转摩擦焊接的方法或者轨道摩擦焊接的方法。
背景技术
[0002] WO2008017800A1描述了一种摩擦焊接的方法，在这种方法中，第一
工件布置为远离第一焊接表面逐渐倾斜变小、并且在远离第一焊接表面的方向上收敛。这可以减小摩擦焊接过程中
闪光焊材料的流率以减小在焊接边沿处应
力导致的孔隙度的生成。
[0003] 然而，已经发现，针对大锥
角，第一焊接表面的边沿由于缺乏支承而破坏、并且这导致减小了对
接触区域和上述压力等等的控制。因此，该WO2008017800A1的方法可仅仅用于低锥角并且这减小了WO2008017800A1的方法的效益。
发明内容
[0004] 因此，本发明寻求提供一种能够减小(优选地克服)上述问题的摩擦焊接的新颖方法。
[0005] 因此，本发明提供了一种摩擦焊接的方法，包括：提供具有第一焊接表面的第一工件和具有第二焊接表面的第二工件；将第一工件布置为使得：在与第一焊接表面相邻的第一区域中，第一工件布置为与第一焊接表面成基本90°的角；将第一工件布置为使得：在与第一区域相邻的第二区域中，第一工件远离第一焊接表面逐渐倾斜变小，第一工件在第二区域中在远离第一焊接表面的方向上收敛；将第一工件布置为使得：在第二区域中，第一工件布置为与第一焊接表面成大于90°而小于180°的角；将第一和第二工件
定位为使得第一工件的第一焊接表面与第二工件的第二焊接表面相邻接；彼此相对地移动第一和第二工件，从而令工件中的至少一个工件的至少一个焊接表面相对于另一个工件的另一个焊接表面进行移动，使得焊接表面处的
温度增加以形成焊接界面；停止移动并且使得第一和第二工件进行冷却以将第一和第二工件焊接在一起。
[0006] 优选的是，该方法包括：将第一工件布置为使得在第二区域中，第一工件布置为与第一焊接表面成大于110°而小于180°的角。
[0007] 优选的是，该方法包括：将第一工件布置为使得在第二区域中第一工件布置为与第一焊接表面成大于110°而小于160°的角。
[0008] 优选的是，该方法包括：将第一工件布置为使得在第二区域中第一工件布置为与第一焊接表面成大于110°而小于140°的角。
[0009] 优选的是，该方法包括：将第一工件布置为使得在第二区域中第一工件布置为与第一焊接表面成115°、125°或135°的角。
[0010] 优选的是，该方法包括：将第二工件布置为使得在与第二焊接表面相邻的第一区域中第二工件布置为与第二焊接表面成基本90°的角，将第二工件布置为使得在与第一区域相邻的第二区域中第二工件远离第二焊接表面逐渐倾斜变小，第二工件在第二区域中在远离第二焊接表面的方向上收敛，将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成大于90°而小于180°的角。
[0011] 优选的是，该方法包括：将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成大于110°而小于180°的角。
[0012] 优选的是，该方法包括：将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成大于110°而小于160°的角。
[0013] 优选的是，所述的方法，包括：将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成大于110°而小于140°的角。
[0014] 优选的是，该方法包括：将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成大于110°而小于140°的角。
[0015] 优选的是，该方法包括：将第二工件布置为使得在第二区域中第二工件布置为与第二焊接表面成115°、125°或135°的角。
[0016] 优选的是，第一工件是
转子、并且第二工件是
转子叶片。优选的是，转子是
风扇转子、并且转子叶片是
风扇叶片。转子可以是
压缩机转子或压缩机鼓、并且转子叶片是压缩机叶片。
[0017] 优选的是，第一工件和第二工件包括
钛合金。优选的是，该钛合金包括(按重量百分比计)6％
铝、4％
钒以及平衡钛加上次要添加剂和附带杂质。或者，该钛合金包括(按重量百分比计)6％铝、2％
锡、4％钒、6％钼以及平衡钛加上次要添加剂和附带杂质。
[0018] 或者，第一工件是转子、并且第二工件是转子。第一工件可以是轴杆、外半轴杆(或加伸轴)(stub-shaft)、盘或鼓，第二工件可以是轴杆、外半轴杆、盘或鼓。
[0019] 第一工件可以包括
钢、镍或钛，第二工件可以包括钢、镍或钛。
[0020] 优选的是，第一和第二工件相对于彼此的移动包括了震荡。
[0021] 优选的是，第一和第二工件的震荡包括线性移动。
[0022] 优选的是，该方法包括将多个第二工件摩擦焊接到第一工件。
[0023] 优选的是，第一工件包括至少一个向
外延伸部分，并且第一焊接表面位于第一工件的向外延伸部分上。
[0024] 优选的是，第一工件包括多个向外延伸部分，第一工件的每个向外延伸部分具有第一焊接表面，并且多个第二工件摩擦焊接到第一工件，每个第二工件摩擦焊接到向外延伸部分的对应一个。
[0025] 或者，第一和第二工件相对于彼此的移动包括了旋转移动。
附图说明
[0026] 将参照附图通过举例更加全面描述本发明，在上述附图中：
[0027] 图1示出了一种扇
涡轮(或
涡轮风扇)燃气涡轮引擎，在这种扇涡轮燃气涡轮引擎中，通过使用根据本发明的一种方法将转子叶片摩擦焊接到转子上；
[0028] 图2示出了经历根据本发明的摩擦焊接的第一和第二工件的端视图；
[0029] 图3示出了图2中的经历摩擦焊接的第一和第二工件之间的曲线焊接面的侧视图；
[0030] 图4是在进行摩擦焊接之前，一个工件的一半的放大视图；
[0031] 图5是在摩擦焊接期间，两个工件的一半的放大视图。
具体实施方式
[0032] 如图1所示，扇涡轮燃气涡轮引擎10按照流动顺序包括：入口12、风扇部分14、压缩机部分16、燃烧部分18、涡轮部分20和排气装置22。风扇部分14包括风扇转子24，风扇转子24携载着多个沿圆周间隔开的径向向外延伸的风扇叶片26。风扇部分14还包括风扇箱28，风扇箱28布置为与风扇转子24和风扇叶片26同轴并且包围着它们。风扇箱28限定风扇管道30。风扇箱28通过多个沿圆周间隔开并径向延伸的风扇出口导叶34而固定到核心引擎箱32。
[0033] 压缩机部分16包括一个或多个压缩机，例如中压压缩机(未示出)和
高压压缩机(未示出)或者高压压缩机(未示出)。涡轮部分20包括一个或多个涡轮，例如高压涡轮(未示出)、中压涡轮(未示出)和低压涡轮(未示出)或者高压涡轮(未示出)和低压涡轮(未示出)。
[0034] 风扇叶片26可与风扇转子24形成一体，并且风扇叶片26通过线性摩擦焊接36与风扇转子24进行接合。
[0035] 参照图2到图5描述一种将第一工件(例如，风扇转子)24与第二工件(例如，风扇叶片)26进行摩擦焊接的方法。这种摩擦焊接方法包括：对第一工件(风扇转子)24设置第一焊接表面38；对第二工件(风扇叶片)26设置第二焊接表面40。第一工件(风扇转子)24进行如下布置使得：在与第一焊接表面38相邻的第一区域42中，第一工件(风扇转子)24布置为与第一焊接表面38基本成90°的角α。第一工件(风扇转子)24进行如下布置使得：在与第一区域42相邻的第二区域44中，第一工件(风扇转子)24远离第一焊接表面38逐渐倾斜变小；并且第一工件(风扇转子)24在第二区域44中在远离第一焊接表面38的方向上收敛。第一工件(风扇转子)24进行如下布置使得：在第二区域44中，第一工件(风扇转子)24布置为与第一焊接表面38成大于90°而小于180°的角β。第一工件(风扇转子)24和第二工件(风扇叶片)26分别进行如下布置使得：第一工件(风扇转子)24的第一焊接表面38与第二工件(风扇叶片)26的第二焊接表面40邻接，并且如箭头O所示第一工件(风扇转子)24与第二工件(风扇叶片)26分别相对彼此进行移动，从而当施加压力(
锻造力)而朝彼此相对推动第一工件24和第二工件26时，工件24和26中的至少一个工件的焊接表面38和40中的至少一个相对于另外工件26和24的另外焊接表面40、38进行移动，从而令焊接表面38、40处的温度上升以形成焊接界面46。通过停止这种移动，第一工件(风扇转子)24和第二工件(风扇叶片)26可以分别进行冷却以将第一工件(风扇转子)24和第二工件(风扇叶片)26焊接在一起。
[0036] 第一工件(风扇转子)24进行如下布置使得：在第一工件(风扇转子)24的第一区域42中，侧表面42A和42B布置为与第一焊接表面38成90°的角α。第一工件(风扇转子)24进行如下步骤使得：在第一工件(风扇转子)24的第二区域44中，侧表面44A和44B布置为与第一焊接表面38成大于110°而小于180°的角β。第一工件(风扇转子)24可以进行如下布置使得：在第一工件(风扇转子)24的第二区域44中，侧表面44A和44B布置为与第一焊接表面38成大于110°而小于160°的角β。第一工件(风扇转子)24可以进行如下布置使得：在第一工件(风扇转子)24的第二区域44中，侧表面44A和44B布置为与第一焊接表面38成大于110°而小于140°的角β。在特定例子中，第一工件(风扇转子)24进行如下布置使得：在第一工件(风扇转子)24的第二区域44中，侧表面44A和44B布置为与第一焊接表面38成115°、125°或135°的角β。
[0037] 第二工件26进行如下布置使得：在与第二焊接表面40相邻的第一区域48中，第二工件(风扇叶片)26布置为与第二焊接表面40成基本90°的角α，并且第二工件(风扇叶片)26进行如下布置使得：在与第一区域48相邻的第二区域50中，第二工件(风扇叶片)26远离第二焊接表面40逐渐倾斜变小、并且在第二区域50中第二工件(风扇叶片)24在远离第二焊接表面40的方向上收敛。第二工件(风扇叶片)26进行如下布置使得：在第二区域50中，第二工件(风扇叶片)24布置为与第二焊接表面40成大于90°而小于180°的角β。
[0038] 第二工件26进行如下布置使得：在第二工件(风扇叶片)26的第一区域48中，侧表面48A和48B布置为与第二焊接表面40成90度的角α。第二工件26进行如下布置使得：在第二工件24的第二区域50中，侧表面50A和50B布置为与第二焊接表面40成大于110°而小于180°的角β。第二工件26可以进行如下布置使得：在第二工件26的第二区域50中，侧表面50A和50B布置为与第二焊接表面40成大于110°而小于160°的角β。
第二工件26可以进行如下布置使得：在第二工件26的第二区域50中，侧表面50A和50B布置为与第二焊接表面40成大于110°而小于140°的角β。在特定例子中，第二工件26可进行如下布置使得：在第二工件26的第二区域50中，侧表面50A和50B布置为与第二焊接表面40成115°、125°或135°的角β。
[0039] 从图4看出，从第一工件24的第一区域42光滑渐进过渡到第二区域44。在从第二区域44到第一工件24的主体部分的过渡处为大致圆角。上述的第一工件24的第一区域42布置为与第一焊接表面38成90°的角α，并且在摩擦焊接过程中，在第一工件24的第一区域42中发生初始主顶锻(upset)。第一工件24的第二区域44布置为与第一焊接表面38成最佳角β，并且在第一工件24的第二区域44中发生最终顶锻。也以相同方式布置第二工件。
[0040] 从图5看出，形成分叉的闪光52，并且塑性流区54与最终焊接面56相邻。此外，看出，在发生闪光的塑性流58的地方所形成的半径或者
应力集中60被减小，并且这避免了在这个
位置处边沿破裂的风险、并减小了应力导致的空隙度的形成。从第一区域42到第二区域44的光滑过渡43避免闪光形成的不连续性，并且避免闪光破坏和/或残端刚性的额外问题。第二区域44的轴向长度布置为适应正常摩擦焊接过程中的固有顶锻变化或偏差(inherent upset variation)。很有可能的是，第二区域44的底部45可以展示出塑性
变形，并且由此通常需要采用大致5mm半径的圆角以避免这个区域的破裂。
[0041] 在这个例子中，第一工件(风扇转子)24包括至少一个向外延伸部分41，并且第一焊接表面38位于第一工件(风扇转子)24的向外延伸部分41上。此外，第一工件(风扇转子)24包括多个向外延伸部分41，第一工件(风扇转子)24的每个向外延伸部分41具有第一焊接表面38，并且多个第二工件(风扇叶片)24摩擦焊接到第一工件(风扇转子)24，并且每个第二工件(风扇叶片)26摩擦焊接到第一工件(风扇转子)24的向外延伸部分41的对应一个。
[0042] 第一工件(风扇转子)24和第二工件(风扇叶片)26彼此相对的移动包括震荡，特别的是，第一工件24与第二工件26的震荡包括线性移动。
[0043] 第一工件(风扇转子)24和第二工件(风扇叶片)24包括钛合金。该钛合金可以包括(按重量百分比计)6％铝、4％钒以及平衡钛加上次要添加剂和附带杂质，或者该钛合金包括(按重量百分比计)6％铝、2％锡、4％钒、6％钼以及平衡钛加次要添加剂和附带杂质。可以使用其它合适的钛合金。
[0044] 尽管已参照风扇转子和风扇叶片描述了本发明，但是本发明还可以应用于其它转子和转子叶片(例如，压缩机转子、或者压缩机鼓、以及压缩机叶片或者涡轮转子和涡轮叶片)。压缩机叶片可以包括上述的钛合金或钢，并且压缩机盘或者压缩机鼓可以包括上述的钛合金、镍合金或钢。涡轮叶片可以包括镍合金并且涡轮盘可以包括镍合金。
[0045] 或者，第一工件可以是转子并且第二工件可以是转子。第一工件可以是轴杆、外半轴杆、盘或鼓，并且第二工件可以是轴杆、外半轴杆、盘或鼓。第一工件可以包括钢、镍、镍合金、钛合金或者其它合适金属或合金，并且第二工件可以包括钢、镍、镍合金、钛合金或者其它合适金属或合金。在这种方法中，第一和第二工件相对于彼此的移动包括旋转移动。该轴杆、外半轴杆、盘或鼓可以是燃气涡轮引擎轴杆、外半轴杆、盘或鼓。该盘可以是风扇盘、压缩机盘或涡轮盘，该鼓可以是压缩机鼓或涡轮鼓。
[0046] 本发明的优点在于，其减小或消除边沿破裂的形成，并且控制应力导致的孔隙，并且生成高品质/高完整性焊接并减小了边沿
整理余量(edge clean up allowance)。
[0047] 本发明可应用于由于闪光形态结构而导致
马氏体区域破裂的位置处进行的钢工件的惯性焊接。
[0048] 本发明可应用于许多摩擦焊接技术，例如线性摩擦焊接、旋转摩擦焊接(包括
直接驱动旋转摩擦焊接、惯性旋转摩擦焊接和轨道摩擦焊接)。在旋转摩擦焊接的情况下，它可以应用于管式工件或实体工件，并且可用于将管子焊接到板或杆上例如用于将
轮毂凸起部焊接到箱。
[0049] 焊接锻造力在摩擦焊接过程内可以是恒定的，或者可以随所指令的
焊接区域增加率进行变化，从而要么保持住恒定的界面压力、或者利用可变锻造压力来进行焊接。
[0050] 尽管已参照在两个工件上设置第一和第二区域来描述本发明，但是可以仅仅在工件之一上设置第一和第二区域。
