本申請提供一種整體葉盤的制造方法，所述方法包括：根據輪盤和葉片的鍛件圖，完成輪盤鍛件和葉片鍛件的制坯，所述輪盤鍛件為圓柱體結構，葉片鍛件為中空的圓環體結構，所述輪盤鍛件的外徑與葉片鍛件的內徑名義尺寸一致；分別對葉片鍛件和輪盤鍛件進行高溫熱處理；根據坡口角α、焊接收縮量和焊合面的配合尺寸要求，對葉片鍛件和輪盤鍛件的焊合面進行加工，所述坡口角α為鍛件焊合面與鍛件端面夾角的余角；根據焊接要求預設慣性摩擦焊設備飛輪轉動慣量J、轉速n和頂鍛力P，將所述輪盤鍛件在旋轉的同時穿過葉片鍛件的內部，兩者的焊合面相互摩擦產生熱接觸并處于熱塑性狀態，隨后施加頂鍛力使輪盤鍛件和葉片鍛件焊為一體，形成整體葉盤毛坯。

技術領域

本申請涉及焊接技術領域，具體涉及一種整體葉盤的制造方法。

背景技術

整體葉盤不僅能夠有效減少構件重量及零件數量，從而大大簡化發動機結構，而且由于避免了傳統的榫頭/榫槽連接結構所帶來的漏氣損失、提高了發動機氣動效率，因此得以越來越廣泛地應用于航空發動機的轉子構件上。早期的整體葉盤的制造工藝為整體鍛件+數控銑，但該方法存在整體大規格鍛件成形及組織性能控制困難、難以實現整體葉盤不同部位對不同組織性能的要求、機械加工周期長、材料利用率低、毛坯成本較高等缺點，再加上損傷后修復困難，一度制約了其擴大應用。通過發展線性摩擦焊、電子束焊等整體葉盤的制造和損傷修復技術，有效解決了上述缺點。線性摩擦焊目前已成為歐美航空技術發達國家整體葉盤制造的主流技術，其制造原理見圖1(圖中P為頂鍛力，以下同)。

采用線性摩擦焊、電子束焊技術制造整體葉盤存在葉片焊接定位精度和葉型加工控制精度要求高、焊接變形控制難、焊后熱處理實施難、設備昂貴等缺點，而且焊接時受夾具可達性的制約，其在大規格且葉片數量較少的整體葉盤的制造上才更能體現其優點。除上述缺點外，電子束焊還因屬于高能束熔焊，焊縫的組織性能與基體相比存在一定差距，影響構件的使用壽命和可靠性。

線性摩擦焊、電子束焊制造整體葉盤還涉及一個關鍵結構、強度要素—焊縫位置的選取。為了使焊縫位置避開葉身上的最危險截面即一階彎曲應力區(靠近葉根)，盤緣需要預留較高的葉根(見圖2)，導致葉片往往存在兩種不同的組織，而不同組織之間的界面往往成為整體葉盤葉片部位強度的薄弱區域，增大構件的可靠性風險。

發明內容

本發明提供一種整體葉盤的制造方法，解決目前整體葉盤制造方法存在的大規格整體葉盤鍛件冶金質量控制難、焊后熱處理實施難、焊接定位和葉片加工定位精度要求高、加工效率低等問題。

本申請提供基于慣性摩擦焊技術的一種整體葉盤的制造方法，所述方法包括：

根據輪盤和葉片的鍛件圖，完成輪盤鍛件和葉片鍛件的制坯，所述輪盤鍛件為圓柱體結構，葉片鍛件為中空的圓環體結構，所述輪盤鍛件的外徑與葉片鍛件的內徑名義尺寸一致，見圖5；

分別對葉片鍛件和輪盤鍛件進行高溫熱處理；

根據坡口角α、焊接收縮量和焊合面的配合尺寸，對葉片鍛件和輪盤鍛件進行焊合面加工，所述坡口角α為鍛件焊合面與鍛件端面夾角的余角，見圖6；

根據預設飛輪轉動慣量J、轉速n和頂鍛力P，將所述輪盤部位在旋轉的同時穿過葉片鍛件的內部，兩者的焊合面相互摩擦產生熱接觸并處于熱塑性狀態，隨后施加頂鍛力使輪盤鍛件和葉片鍛件焊為一體，形成整體葉盤毛坯；

對所述整體葉盤焊接毛坯進行最終熱處理；

對所述整體葉盤焊接毛坯進行精加工成形。

優選的，所述分別對葉片鍛件和輪盤鍛件進行高溫熱處理，具體包括:

分別對葉片鍛件和輪盤鍛件進行固溶處理或淬火處理。

優選的，所述坡口角α的范圍為0°～30°。

優選的，飛輪轉動慣量J≥11000kg·m²、轉速n≥1000r/min、頂鍛力P≥250MPa。